DE4325767A1 - Layer thickness measuring device - Google Patents

Abstract

The invention relates to a device for measuring the thickness of nonmagnetic layers on ferromagnetic base material according to the magneto-inductive method, or of nonmetallic layers on conductive base material in accordance with the eddy-current method, by using a probe which is to be placed on the layer to be measured, has a measuring pole for carrying out magneto-inductive measurements or - for the purpose of carrying out the eddy-current method - an appropriately designed coil, and is or can be connected to a measuring and evaluation unit of probe measurement signals. Said unit is connected to a display unit for layer thickness values. According to the invention, a combination probe is provided which both has at least one coil for carrying out the eddy-current method and has at least one coil which is designed for dynamically magnetoinductive measurements. The evaluation unit has corresponding circuitry for preprocessing the probe measured signals into measured data which are the function of layer thickness. It also has a microprocessor having circuitry for evaluating the probe measured data with respect to their criteria as determined by the type of the base material and by the generating coil(s). It also has circuitry which can be actuated by the criterion data thus obtained in order automatically to switch the measuring and evaluation unit to the type of operation or evaluation and display which corresponds to the base material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Dicke von nichtmagnetischen Werkstoffschichten auf ferro­ magnetischem Grundwerkstoff nach dem magnetinduktiven Verfahren oder von nichtmetallischen Schichten auf leiten­ dem Grundwerkstoff nach dem Wirbelstromverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for measuring the Thickness of non-magnetic material layers on ferro magnetic base material after the magnetic inductive Process or from non-metallic layers the base material according to the eddy current method the preamble of claim 1.

Es sind drei verschiedene Verfahren bekannt, um zerstörungs­ frei die Dicke von nichtmagnetischen Schichten auf ferro­ magnetischem Grundmaterial (Eisen und Stahl) zu messen, nämlich das Haftverfahren und zwei physikalisch unter­ schiedliche magnetinduktive Verfahren. Diese drei Verfahren sind in DIN 50 981 und DIN 50 982 Teil 2 beschrieben.There are three different methods known for destructive free the thickness of non-magnetic layers on ferro measuring magnetic base material (iron and steel), namely the detention process and two physically under different magnetic induction processes. These three procedures are described in DIN 50 981 and DIN 50 982 Part 2.

Das älteste Verfahren ist das Haftkraftverfahren. Bei ihm wird als Meßgröße die Haftkraft eines Dauermagneten benutzt, die mit größer werdender Schichtdicke, d. h. bei zunehmendem Abstand vom Grundmaterial, abnimmt.The oldest method is the adhesive force method. At the adhesive force of a permanent magnet is used as a measurand used that with increasing layer thickness, d. H. as the distance from the base material increases.

Bei einem der beiden bekannten magnetinduktiven Verfahren wird ebenfalls ein Dauermagnet in Stabform als Meßelement benutzt, unter Ausnutzung der Abhängigkeit des Feldlinien­ verlaufs des Magneten von seinem Abstand vom ferromagne­ tischen Grundmaterial. Beim Aufsetzen des Magnetpols auf das beschichtete Material wird unterhalb des Pole eine höhere magnetische Induktion wirksam, als im Falle, daß sich die Feldlinien frei im Luftraum schließen. Zur Messung der magnetischen Induktion dient ein Hall- Element, dessen Ausgangssignal, sich in Schichtdicken eichen läßt.In one of the two known magnetic induction methods also becomes a permanent magnet in rod form as a measuring element used, taking advantage of the dependence of the field lines course of the magnet from its distance from the ferromagne basic material. When attaching the magnetic pole  on the coated material is below the pole a higher magnetic induction is effective than in the case that the field lines close freely in the airspace. A Hall is used to measure the magnetic induction Element whose output signal is in layer thicknesses calibration.

Bei dem anderen bekannten magnetinduktiven Verfahren zur Dickenbestimmung von nichtmagnetischen Schichten auf ferromagnetischem Grundmaterial (V. Deutsch: Elek­ tronik 6, 1959, S. 21-22) werden Sonden benutzt, die Spulensysteme mit hochpermeablen, zumeist weich­ magnetischen Kernen enthalten. Durch Annäherung an Stahl ändern sich die Induktivität oder die Indukti­ vitätsmerkmale der Spule, so daß sich sowohl über Ampli­ tudenveränderung als auch Phasenverschiebung oder eine Frequenzänderung eines entsprechenden LC-Schwingkreises mit der Spuleninduktivität L als frequenzbestimmendem Glied Schichtdicken abhängige Meßgrößen erfassen lassen. Derartige Systeme werden mit relativ niedrigen Fre­ quenzen im Bereich 50-350 Hz betrieben, damit elek­ trisch leitende und isolierende unmagnetische Schichten mit gleicher Eichung und Genauigkeit erfaßt werden können. Bei höheren Frequenzen würden sich Wirbelströme in den leitenden Schichten ausbilden, so daß mit der elektrischen Leitfähigkeit ein werkstoffabhängiger Einfluß die Meßwerte beeinflußt.In the other known magnetic induction method for determining the thickness of non-magnetic layers on ferromagnetic base material (V. German: Elek tronik 6, 1959, pp. 21-22) probes are used, the coil systems with highly permeable, mostly soft magnetic cores included. By approaching Steel change the inductance or the inductance features of the coil, so that both ampli tude change as well as phase shift or a Frequency change of a corresponding LC resonant circuit with the coil inductance L as the frequency-determining Let link layer thickness dependent measurements be recorded. Such systems are used with relatively low fre frequencies in the range of 50-350 Hz, so that elec trically conductive and insulating non-magnetic layers be recorded with the same calibration and accuracy can. At higher frequencies, eddy currents would occur form in the conductive layers so that with the electrical conductivity a material dependent Influence the measured values.

Die beiden letztgenannten Verfahren werden in DIN 50 981 und DIN 50 982 Teil 2 unter dem Oberbegriff "magnetinduk­ tive Verfahren" geführt und begrifflich nicht weiter differenziert, obwohl sie sich physikalisch grundsätzlich durch die Tatsache unterscheiden, daß in dem einen Fall statisch, d. h. mit magnetischen Gleichfeldern, gearbeitet wird, in dem anderen Fall mit magnetischen Wechselfeldern, die durch Induktionsspulen erzeugt und nachgewiesen werden. Zur begrifflichen Unterscheidung wird daher im folgenden das mittels eines Dauermagneten durchgeführte Verfahren als "magnetostatisches magnet­ induktives Verfahren", kurz "magnetostatisches Verfahren" bezeichnet und das mit Spulen arbeitende Verfahren als "dynamisches magnetinduktives Verfahren".The latter two methods are described in DIN 50 981 and DIN 50 982 part 2 under the generic term "magnetinduk tive procedures "and not further conceptually differentiated, although they are physically fundamentally different distinguish by the fact that in one Case static, d. H. with constant magnetic fields, is worked, in the other case with magnetic Alternating fields generated by induction coils  and be proven. For conceptual differentiation is therefore in the following using a permanent magnet Process carried out as "magnetostatic magnet inductive method ", short" magnetostatic method " referred to and the process using coils as a "dynamic magnetic induction method".

Beim dynamischen magnetinduktiven Verfahren muß der Aufsatzpol der Sonde, den die Meßwicklung umschließt, neben der hohen Permeabililtät neben den für diese Verfahren typischen Meßfrequenzen geringe Magnetisie­ rungsverluste aufweisen. Darüber hinaus muß der Auf­ satzpol mit einem harten Werkstoff geschützt werden. Das geschieht entweder durch Hartverchromen, Einlassen von Hartkeramik, Sephir- oder Rubinstiften oder vorteil­ haft durch Einpressen einer gehärteten ferromagnetischen Kugel, etwa wie sie in Kugellagern verwendet werden. Das Sondensystem bleibt dabei ähnlich wie beim Dauer­ magneten stabförmig ausgebildet. Aus Gründen der magne­ tischen Abschirmung und der Dimensionierung der magne­ tischen Feldstärke ist es vorteilhaft, den Mittelpol mit einem äußeren topfförmigen, weichmagnetischen Rohrpol zu versehen, der eine Rückführung des magnetischen Flusses bewirkt. Der Abstand dieses zweiten ringförmigen Pols ist im Gegensatz zu den beiden Polen hufeisenförmig gestalteter sogenannter Zweipolsonden (im wesentlichen) nur von der Schichtdicke an der Aufsetzstelle des Mit­ telpols abhängig. Damit läßt sich eine Einpunktmessung durchführen und die für die Funktion der Beschichtung wichtige Stelle geringster Schichtdicke ermitteln.In the dynamic magnetic induction method, the Contact pole of the probe, which the measuring winding encloses, in addition to the high permeability in addition to those for this Method typical measuring frequencies low magnetisie show losses. In addition, the on sentence pole are protected with a hard material. This happens either by hard chrome plating, letting in of hard ceramic, Sephir or Ruby pencils or advantageous holds by pressing in a hardened ferromagnetic Ball, such as those used in ball bearings. The probe system remains similar to the duration magnets are rod-shaped. For the sake of magne table shielding and the dimensioning of the magne table field strength, it is advantageous to the center pole with an outer cup-shaped, soft magnetic tubular pole to provide a return of the magnetic River causes. The distance of this second annular In contrast to the two poles, Pols is horseshoe-shaped designed so-called two-pole probes (essentially) only from the layer thickness at the contact point of the Mit telpol dependent. This enables a single-point measurement perform and that for the function of the coating determine the important point of the smallest layer thickness.

Zur Messung nichtleitender Schichten auf elektrisch leitenden Metallen sind Wirbelstrom-Verfahren bekannt (DIN 50 984). Hierbei werden Sonden benutzt, deren Spulen bzw. Spulensysteme mit weit höheren Frequenzen im MHz-Bereich betrieben werden. Das hochfrequente Wechselfeld des Spulensystems, das zusätzlich durch einen Ferritkern gebündelt werden kann, induziert in dem leitenden Grundmaterial Wirbelströme, die dem erregenden Feld entgegen gesetzt sind und es schwächen. Dieser Effekt ist wiederum vom Abstand der Spule vom Grundmaterial und damit von der Schichtdicke abhängig (P. G. Berrie: Kontrolle 1-2 (1987)).For measuring non-conductive layers on electrical Eddy current methods are known for conductive metals (DIN 50 984). Here probes are used, their coils or coil systems with far higher frequencies in MHz range are operated. The high frequency  Alternating field of the coil system, which additionally through a ferrite core can be bundled induced in the conductive base material eddy currents that the exciting field are opposed and weaken it. This effect is in turn the distance of the coil from Base material and therefore dependent on the layer thickness (P.G. Berrie: Control 1-2 (1987)).

In ähnlicher Weise können auch dünne leitende Schichten auf nicht leitenden Grundmaterialien gemessen werden (W. Staib, P. Neumaier, P. G. Berrie: Productronic 9 (89), S. 53-58). Hierbei wird ausgenutzt, daß die Dicke der leitfähigen Schicht die Ausbildung von Wir­ belströmen in einer für das jeweilige leitfähige Mate­ rial charakteristischen Weise beeinflußt.Similarly, thin conductive layers can be used be measured on non-conductive base materials (W. Staib, P. Neumaier, P.G. Berrie: Productronic 9 (89), pp. 53-58). This takes advantage of the fact that Thickness of the conductive layer the formation of We flow in a for the respective conductive mate rial characteristic influenced.

Es sind Schichtdickenmeßgeräte bekannt, mit denen sowohl das magnetinduktive als auch das Wirbelstrom­ verfahren ausgeübt werden kann. Gebräuchliche Geräte dieser Art sind mit zwei verschiedenen Sonden ausge­ rüstet, die an verschiedene Geräte oder auch wahlweise an ein und dasselbe Gerät angeschlossen werden können (H. F. Nix: Materialprüfung 31 (1989), S. 63-66). Weiterhin sind Geräte bekannt geworden, bei denen die zwei getrennten Sonden fest mit dem Gehäuse des Gerätes verbunden sind, etwa indem sie auf Vorder- und Rückseite des Gerätes montiert sind. Zum Gebrauch auf ferromagnetischem und nichtferromagnetischem Grund­ material muß der Anwender die passende Sonde auswählen, indem er das Gerät um 180° dreht.Layer thickness measuring devices are known with which both the magnetic induction and the eddy current proceedings can be exercised. Common devices this type are designed with two different probes equips that to different devices or alternatively can be connected to the same device (H. F. Nix: Materialprüfung 31 (1989), pp. 63-66). Devices have also become known in which the two separate probes fixed to the housing of the Device, for example by and rear of the device are mounted. For use on ferromagnetic and non-ferromagnetic grounds material, the user must select the appropriate probe, by turning the device 180 °.

Es ist auch vorgeschlagen worden, die Sonden für Schichtdickenmessungen nach dem magnetostatischen Verfahren und dem Wirbelstromverfahren in einer Kom­ binationssonde zu vereinigen, wobei der Benutzer am Gerät die gewünschte Betriebsart, nämlich Schicht­ dickenmessung auf ferromagnetischem oder nichtferro­ magnetischem Grundmaterial, vorwählen muß. Bei diesen Geräten weist die Sonde eine Wirbelstrommeßspule, einen konzentrisch zu dieser angeordneten Permanentmag­ neten für die magnetostatische Messung sowie ein Meß­ element für die magnetische Flußdichte auf.It has also been proposed to use the probes for Layer thickness measurements after the magnetostatic Process and the eddy current process in a com to combine bin probe, the user on Device the desired operating mode, namely shift thickness measurement on ferromagnetic or non-ferro  magnetic base material, must select. With these Devices, the probe has an eddy current measuring coil, a concentric to this arranged permanent mag neten for magnetostatic measurement and a measurement element for the magnetic flux density.

Beim Aufsetzen von Geräten bzw. Sonden mit Dauermagneten wird der Untergrund polförmig aufmagnetisiert. Dadurch entsteht im Grundmaterial ein veränderter magnetischer Zustand, so daß beim erneuten Messen an gleicher Stelle trotz gleicher Schichtdicke ein unterschiedlicher Wert angezeigt wird. Wiederholungs- und Kontrollmessungen sind dadurch nicht möglich. Auch ist es nicht möglich, an ein- und derselben Stelle mehrfach zu messen, um durch Mittelung mehrerer aufeinander folgender Meßwerte die Meßunsicherheit zu verringern.When attaching devices or probes with permanent magnets the surface is magnetized magnetically. Thereby a modified magnetic arises in the base material Condition, so that when measuring again in the same place a different value despite the same layer thickness is shown. Repeat and control measurements are not possible. Nor is it possible to measure several times in the same place in order to by averaging several successive measured values to reduce the measurement uncertainty.

Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, eine Schichtdickenmeßvorrichtung anzugeben, die eine Kombi­ nationssonde für die Messung sowohl nichtmagnetischer Schichten auf magnetischem Grundmaterial als auch elek­ trisch nicht leitender Schichten auf leitendem Grundmate­ rial bzw. leitender Schichten auf nichtleitendem Grund­ material aufweist, wobei Wiederholungs- und Kontroll­ messungen auf magnetischem Grundmaterial unbeschränkt möglich sind und darüber hinaus noch das Gerät die Art des beschichteten Materials (Eisen- oder Nicht­ eisenmetalle) selbständig erkennen kann und damit die Wahl des für die Schichtdickenmessung notwendigen Ver­ fahrens selbst vornehmen kann.The invention has for its object a Specify layer thickness measuring device that a combination national probe for measuring both non-magnetic Layers on magnetic base material as well as elec non-conductive layers on a conductive base material rial or conductive layers on non-conductive ground material, with repetition and control Unlimited measurements on magnetic base material are possible and also the device Type of coated material (iron or not ferrous metals) can recognize independently and thus the Choice of the ver necessary for the layer thickness measurement can do it yourself.

Der der Lösung dieser Aufgabe zugrunde liegende Erfin­ dungsgedanke beruht darauf, unter Überwindung von für den Fachmann auf der Hand liegender Bedenken hinsichtlich der anzunehmenden gegenseitigen Beeinträchtigung von benachbarten Spulensystemen eine Kombinationssonde für sowohl das dynamisch magnetinduktive als auch das Wirbelstrom-Verfahren vorzuschlagen.The inventor on the basis of the solution of this task The idea is based on overcoming for concerns of the skilled person regarding obvious the assumed mutual impairment of adjacent coil systems a combination probe  for both the dynamic magnetic inductive and that Propose eddy current method.

Gegenstand der Erfindung sind die Merkmale des Kenn­ zeichens des Anspruchs 1. Weitere Erfindungsmerkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.The invention relates to the features of the characteristic character of claim 1. Further features of the invention are the subject of the subclaims.

Beispielsweise Ausführungsformen von Vorrichtungen gemäß der Erfindung sind nachstehend beschrieben, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Diese zeigen:For example, embodiments of devices according to the invention are described below under Reference to the drawings. These show:

Fig. 1, 2a, 2b, 3 und 4 schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen von Kombinationssonden bzw. Kombinations-Sondensystemen für Schichtdickenmeßvorrich­ tungen undObligations Fig. 1, 2a, 2b, 3 and 4 are schematic representations of various embodiments of combination probes or combination probe and systems for Schichtdickenmeßvorrich

Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine Schichtdicken­ meßvorrichtung. Fig. 5 is a block diagram for a layer thickness measuring device.

Die Kombinationssonde bzw. das Sondensystem gemäß Fig. 1 weist mindestens zwei Spulen oder Spulensysteme 10, 11 (dargestellt ist nur jeweils eine Spule bzw. ein Spulensystem) auf, die um einen gemeinsamen Spulenkern 13 aus einem hochpermeablen Material mit einer relativen Permeabilität <100 und geringen Ummagnetisierungs­ verlusten, z. B. Ferrit oder Weicheisen, gewickelt sind. Es kann jedoch auch, in Abweichung von den Zeichnungen, der der Erhöhung der Spuleninduktivität für die dynamisch magnetinduktive Messung dienende Kern 13 nur in der Spule bzw. dem Spulensystem (hier: 10) für die dynamisch magnetinduktive Messung vorhanden sein. Die Spule bzw. die Spulensysteme 10, 11 sind elektrisch voneinander getrennt auf einer gemeinsamen Achse 12 angeordnet und über elektrische Anschlußklemmen 101, 102, 111, 112 an eine Wechselstromquelle anschaltbar bzw. ange­ schaltet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spule bzw. das Spulensystem 11 durch entspre­ chende Auslegung der Wicklungszahl und des Drahtquer­ schnittes für Messungen nach dem Wirbelstromverfahren im Frequenzbereich oberhalb 100 kHz betreibbar, während die andere Spule bzw. das andere Spulensystem 10 für dynamisch magnetinduktive Messungen mit einer Frequenz betreibbar ist, die mindestens 10fach kleiner ist als die für das Wirbelstromverfahren gewählte Frequenz, z. B. in einem Bereich bis etwa 3 kHz liegt. Die Spulen bzw. Spulensysteme können entweder miteinander fluchtend oder, wie dargestellt, in Achsenrichtung verschoben angeordnet sein.The combination probe or the probe system according to FIG. 1 has at least two coils or coil systems 10 , 11 (only one coil or one coil system is shown in each case), which are arranged around a common coil core 13 made of a highly permeable material with a relative permeability <100 and low magnetic reversal losses, e.g. B. ferrite or soft iron are wound. However, in deviation from the drawings, the core 13 serving to increase the coil inductance for the dynamic magnetic inductive measurement can only be present in the coil or the coil system (here: 10 ) for the dynamic magnetic inductive measurement. The coil or the coil systems 10 , 11 are arranged electrically separated from one another on a common axis 12 and can be connected or switched to an AC power source via electrical connecting terminals 101 , 102 , 111 , 112 . In the illustrated embodiment, the coil or the coil system 11 can be operated by appropriate design of the number of windings and the wire cross-section for measurements using the eddy current method in the frequency range above 100 kHz, while the other coil or the other coil system 10 for dynamic magneto-inductive measurements with a Frequency is operable, which is at least 10 times smaller than the frequency selected for the eddy current method, for. B. is in a range up to about 3 kHz. The coils or coil systems can either be aligned with one another or, as shown, displaced in the axial direction.

Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise ist in Fig. 1 eine zu messende Beschichtung 15 auf einem Grundwerkstoff 16 eingezeichnet.To clarify the mode of operation, a coating 15 to be measured is drawn on a base material 16 in FIG. 1.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2a und 2b ist die entsprechend Fig. 1 aufgebaute Kombinationssonde mit einem zusätzlichen Verschleißschutz in Form eines in den Kern 13 eingelassenen Stiftes 17 (Fig. 2a) aus hartkeramischem Material oder einer dünnen hartkera­ mischen Beschichtung 18 (Fig. 2b) an der Aufsatzspitze des Kernes 13 ausgerüstet.In the embodiments according to FIGS. 2a and 2b, the combination probe constructed in accordance with FIG. 1 with additional wear protection in the form of a pin 17 embedded in the core 13 ( FIG. 2a) made of hard ceramic material or a thin hard ceramic mixture coating 18 ( FIG. 2b ) equipped at the top of the core 13 .

Fig. 3 zeigt eine gemäß Fig. 1 aufgebaute Sonde mit einem Spulenkern 13 aus einem hochpermeablen Weicheisen, das an der Seite, an der die Sonde aufgesetzt wird, mit einer Kugel 19 aus gehärtetem Stahl versehen ist, wobei die Stahlkugel 19 einen verschleißfesten Auf­ satzpunkt bildet und für die im Bereich der Stahlkugel 19 angeordnete Wirbelstromspule 11 die magnetischen Eigenschaften der Stahlkugel 19 wirksam sind. Fig. 3 shows a probe constructed according to FIG. 1 with a coil core 13 made of a highly permeable soft iron, which is provided on the side on which the probe is attached with a ball 19 made of hardened steel, the steel ball 19 being a wear-resistant set point forms and for the arranged in the region of the steel ball 19 eddy current coil 11, the magnetic properties of the steel ball 19 are effective.

Die Fig. 4 zeigt eine Sondenausführung gemäß Fig. 3 - es könnte jedoch auch eine solche gemäß Fig. 1 oder 2 vorgesehen sein - bei der zusätzlich zur Rückführung des magnetischen Flusses bei der magnetinduktiven Messung ein hochpermeabler Topf 20, vorzugsweise aus Weicheisen oder Ferrit, vorgesehen ist. FIG. 4 shows a probe design according to FIG. 3 - however, one could also be provided according to FIG. 1 or 2 - in which, in addition to the return of the magnetic flux during the magnetic induction measurement, a highly permeable pot 20 , preferably made of soft iron or ferrite, is provided.

Die beiden Spulensysteme 10 und 11 der in Fig. 5 mit 21 bezeichneten Kombinationssonde sind über ihre elek­ trischen Anschlußklemmen 101, 102, 111, 112 mit je einer Signalvorverarbeitungseinheit 30, 31 des Meß- und Auswertegerätes 35 verbunden, welcher die jeweiligen Meßsignale der beiden getrennten Spulensysteme 10 und 11 für das dynamisch magnetinduktive Verfahren und das Wirbelstromverfahren zugeleitet werden. In den Einheiten 30 und 31 werden die Meßsignale zu schicht­ dickenabhängigen Signalen verarbeitet, entweder durch Bestimmung der Induktivität oder der Induktivitäts­ merkmale (Amplituden- und Frequenzveränderung, Phasen­ verschiebung) bei den Signalen der Sonde für das dyna­ misch magnetinduktive Verfahren oder Bestimmung der Schwächung des Erregerfeldes bei den Signalen von der Spule für das Wirbelstromverfahren. Der Signalausgang der Vorverarbeitungseinheiten 30, 31 ist an je einen Signaleingang einer Mikroprozessoreinheit 32 angeschal­ tet, in der die Signale unser Vergleich mit Nullpunkts­ werten und einer gesicherten Eichkurve zu Schicht­ dickenmeßwerten umgerechnet werden. Die vom Prozessor 32 ermittelten Schichtdickenwerte werden auf einem Display 33 zur Anzeige gebracht.The two coil systems 10 and 11 of the combination probe designated in FIG. 5 with 21 are connected via their elec trical connecting terminals 101 , 102 , 111 , 112 , each with a signal preprocessing unit 30 , 31 of the measuring and evaluation device 35 , which separate the respective measurement signals of the two Coil systems 10 and 11 are supplied for the dynamic magnetic induction method and the eddy current method. In the units 30 and 31 , the measurement signals are processed into layer-dependent signals, either by determining the inductance or the inductance characteristics (amplitude and frequency change, phase shift) in the signals of the probe for the dynamic magnetic inductive method or determination of the weakening of the excitation field for the signals from the coil for the eddy current method. The signal output of the preprocessing units 30 , 31 is switched to a signal input of a microprocessor unit 32 , in which the signals are converted to our values with zero points and a reliable calibration curve is converted into layer thickness measurements. The layer thickness values determined by the processor 32 are displayed on a display 33 .

Die Mikroprozessoreinheit 32 weist auch Schaltungs­ vorrichtungen auf, um die von den Vorverarbeitungs­ einheiten 30, 31 ankommenden Signale auf Entscheidungs­ kriterien für die Art des Grundmaterials hin zu über­ prüfen, und entsprechend dem Ergebnis dieser Überprüfung die Gerätebetriebsart selbsttätig auf die für das je­ weilige Grundmaterial geeignete Betriebsart zu schalten. The microprocessor unit 32 also has circuit devices in order to check the signals arriving from the preprocessing units 30 , 31 for decision criteria for the type of base material, and according to the result of this check, the device operating mode automatically for the appropriate base material Switch operating mode.

Die Umschaltung der Betriebsart ist dabei so zu verstehen, daß in jedem Meßtakt nur das von dem für das jeweilige Grundmaterial maßgeblichen Spulensystem kommende Meßsignal hinsichtlich der Schichtdicke ausgewertet und vom Gerät als Dickenwert angezeigt wird.The switching of the operating mode is to be understood as that in each measuring cycle only that of that for the respective Basic material relevant coil system incoming measurement signal evaluated with regard to the layer thickness and by the device is displayed as the thickness value.

Die Entscheidungskriterien für die Betriebsart können auf folgende Weise erhalten werden:The decision criteria for the operating mode can can be obtained in the following ways:

• - entweder schalten die Wechselstromquellen für die Spulen bzw. Spulensystem 10, 11 die Meßspulen für die magnetinduktive Prüfung und die für das Wirbelstrom­ verfahren abwechselnd an, z. B. mit einer Taktrate von einer halben Sekunde. Bei einem nichtmagnetischen metallischen Grundmaterial liefert nur die Wirbelstrom­ spule ein Signal, wogegen bei einem ferromagnetischen Grundmaterial an beiden Spulen ein Meßsignal anliegt, da in einem ferromagnetischen Grundmaterial bei hin­ reichend hohen Frequenzen sehr wohl auch Wirbelströme induziert werden. Das Entscheidungskriterium für die Betriebsart ist somit eindeutig: bei Anliegen eines Signale von beiden Vorverarbeitungseinheiten 30, 31 ist auf die Betriebsart dynamisch magnetinduktives Verfahren zu schalten mit Auswertung der Signale von der entsprechenden Spule bzw. dem entsprechenden Spulen­ system 10 bezüglich der Spuleninduktivität bzw. der Induktivitätsmerkmale, wogegen, wenn nur an der Vorver­ arbeitungseinheit 31 für die Signale von der Wirbel­ stromspule 11 bzw. dem Wirbelstromspulensystem 11 ein signifikantes Signal anliegt, auf die Betriebsart Wirbelstromverfahren zu schalten ist, bei der die Signale der Wirbelstromspule 11 bzw. des Wirbelstromspulensystems 11 bezüglich der Feldschwächung auszuwerten und zu schichtdickenabhängigen Meßgrößen zu verarbeiten sind;- either switch the alternating current sources for the coils or coil system 10 , 11, the measuring coils for the magnetic induction test and the process for the eddy current alternately, for. B. with a clock rate of half a second. In the case of a non-magnetic metallic base material, only the eddy current coil supplies a signal, whereas in the case of a ferromagnetic base material a measurement signal is present at both coils, since eddy currents are also induced in a ferromagnetic base material at sufficiently high frequencies. The decision criterion for the operating mode is thus clear: when a signal from both preprocessing units 30 , 31 is present, the dynamic magnetic inductive method must be switched to the operating mode with evaluation of the signals from the corresponding coil or the corresponding coil system 10 with regard to the coil inductance or the inductance characteristics whereas, processing unit when only the Vorver 31 for the signals from the eddy current coil 11 and the eddy current coil system 11, a significant signal is applied, is to be switched to the operating mode eddy current method, in which the signals of the eddy current coil 11 and the eddy current coil system 11 with respect to the Field weakening to be evaluated and processed to layer thickness dependent measurements;
• - oder beide Spulen bzw. Spulensysteme 10, 11 werden zeitgleich betrieben und das Entscheidungskriterium für die Betriebsart bei gleichzeitiger Auswertung der Signale gewonnen. Dies wird dadurch ermöglicht, daß sich die Meßsignale in ihrer Frequenz deutlich unter­ scheiden.- or both coils or coil systems 10 , 11 are operated at the same time and the decision criterion for the operating mode is obtained with simultaneous evaluation of the signals. This is made possible by the fact that the measurement signals differ significantly in frequency.

Das Umschalten auf die jeweilige Betriebsart erfolgt in jedem Meßtakt neu, so daß eine Änderung des Grund­ werkstoffes sofort erkannt und jederzeit nur der zuge­ hörige richtige Schichtdickenwert angezeigt wird.Switching to the respective operating mode takes place new in every measuring cycle, so that a change in the reason immediately recognized and only the correct layer thickness value is displayed.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Messung der Dicke von nichtmagne­ tischen Schichten auf ferromagnetischem Grundwerkstoff nach dem magnetinduktiven Verfahren oder von nicht­ metallischen Schichten auf leitendem Grundwerkstoff nach dem Wirbelstromverfahren mittels einer auf die zu messende Schicht aufzusetzenden Sonde, die einen Meßpol für die Durchführung magnetinduktiver Messungen bzw. eine Wirbelstromspule aufweist und an ein Meß- und Auswerte-Gerät für die Vorverarbeitung der Sonden­ meßsignale in schichtdickenabhängige Meßdaten ange­ schaltet bzw. anschaltbar ist, das einen Mikroprozessor zum Umrechnen der Meßdaten in Schichtdickenwerte auf­ weist und mit einer Anzeigeeinheit für Schichtdicken­ werte verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Sonde als Kombinationssonde (21) für die Anwendung sowohl des Wirbelstromverfahrens als auch des dynamisch magnetinduktiven Verfahrens ausgebildet ist, indem sie sowohl mindestens eine Spule(neinheit) (11) aufweist, die für Wirbelstrommessungen ausgelegt und im Frequenzbereich oberhalb 100 kHz betreibbar ist, als auch mindestens eine Spule(neinheit) (10) mit einem Kern (13) aus einem hochpermeablen Material mit einer relativen Permeabilität <100 und geringen Ummagnetisierungsverlusten, die für dynamisch magnet­ induktive Messungen ausgelegt und mit einer Frequenz betreibbar ist, die mindestens 10fach kleiner ist als die für das Wirbelstromverfahren gewählte Frequenz, wobei das Auswerte-Gerät gesonderte Signalvorverar­ beitungseinheiten (30, 31) für die Spulen für unter­ schiedliche Betriebsart aufweist
• - und daß der Mikroprozessor eine Schaltungsvorrich­ tung zum Auswerten der Meßdaten hinsichtlich ihrer durch die Art des Grundwerkstoffs bzw. der erzeugenden Spule(n) bestimmten Kriterien aufweist sowie eine durch die so gewonnenen Kriteriumsdaten betätigbare Schal­ tungsvorrichtung zum automatischen Schalten des Geräts auf die dem Grundwerkstoff entsprechende Betriebs- bzw. Auswerte- und Anzeigeart.

1.Device for measuring the thickness of non-magnetic layers on a ferromagnetic base material by the magnetic induction method or of non-metallic layers on a conductive base material by the eddy current method by means of a probe to be placed on the layer to be measured, which has a measuring pole for carrying out magnetically inductive measurements or a Eddy current coil has and on a measuring and evaluation device for preprocessing the probes, measurement signals in layer thickness-dependent measurement data is switched on or can be switched on, which has a microprocessor for converting the measurement data into layer thickness values and is connected to a display unit for layer thickness values, characterized ,

• - That the probe is designed as a combination probe ( 21 ) for the application of both the eddy current method and the dynamic magnetic induction method by having at least one coil (unit) ( 11 ) which is designed for eddy current measurements and can be operated in the frequency range above 100 kHz , as well as at least one coil (unit) ( 10 ) with a core ( 13 ) made of a highly permeable material with a relative permeability <100 and low magnetic reversal losses, which is designed for dynamic magnetically inductive measurements and can be operated at a frequency which is at least 10 times smaller is selected as the frequency for the eddy current method, the evaluation device having separate signal preprocessing units ( 30 , 31 ) for the coils for different operating modes
• - And that the microprocessor has a Schaltungsvorrich device for evaluating the measurement data in terms of their by the type of base material or the generating coil (s) certain criteria and a device that can be actuated by the criteria data thus obtained for automatically switching the device to the corresponding base material Operating or evaluation and display type.

2. Schichtdickenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule(n) (10) für magnetinduk­ tive Messungen im Frequenzbereich bis etwa 3 kHz be­ treibbar sind.2. layer thickness measuring device according to claim 1, characterized in that the coil (s) ( 10 ) for magnetinduk tive measurements in the frequency range up to about 3 kHz can be driven. 3. Schichtdickenmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen bzw. Spulen­ systeme für unterschiedliche Betriebsart in Achsen­ richtung verschoben angeordnet sind.3. layer thickness measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the coils or coils systems for different operating modes in axes direction are arranged shifted. 4. Schichtdickenmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen bzw. Spulen­ systeme für unterschiedliche Betriebsart in Achsen­ richtung fluchtend angeordnet sind.4. layer thickness measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the coils or coils systems for different operating modes in axes direction are aligned. 5. Schichtdickenmeßvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3 bzw. 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen bzw. Spulensysteme für unterschiedliche Betriebsart um einen gemeinsamen Kern (13) gewickelt sind, der aus hochpermeablem Ferrit besteht.5. layer thickness measuring device according to at least one of claims 1-3 or 4, characterized in that the coils or coil systems for different operating mode are wound around a common core ( 13 ) which consists of highly permeable ferrite. 6. Schichtdickenmeßvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen bzw. Spulensysteme für unterschiedliche Betriebsart zeitgleich betreibbar sind und daß die Schaltungsvorrichtung für die Auswertung der Meßdaten hinsichtlich der Kriterien für die Art des Grundwerk­ stoffs bzw. die erzeugende Spulenart frequenzselektiv arbeitet. 6. Layer thickness measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the coils or coil systems for different Operating mode can be operated simultaneously and that the Circuit device for the evaluation of the measurement data with regard to the criteria for the type of basic work substance or the generating coil type frequency selective is working.   7. Schichtdickenmeßvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen bzw. Spulensysteme für unterschiedliche Betriebsart abwechselnd betreibbar sind und die Schal­ tungsvorrichtung für die Auswertung der Meßdaten hin­ sichtlich der Kriterien für die Art des Grundwerkstoffs bzw. die erzeugende Spulenart eine Signalbewertungs­ vorrichtung aufweist, welche bei Anliegen eines signi­ fikanten Signals nur von der (den) Wirbelstromspule(n) die Gerätebetriebsart für das Wirbelstromverfahren anschaltet und bei Anliegen von Signalen beider Spulen­ arten die Betriebsart für das dynamisch magnetinduktive Verfahren anschaltet.7. Layer thickness measuring device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the coils or coil systems for different Operating mode can be operated alternately and the scarf device for the evaluation of the measurement data the criteria for the type of base material or the generating coil type a signal evaluation device which, when a signi fictitious signal only from the eddy current coil (s) the device operating mode for the eddy current method turns on and when there are signals from both coils The operating mode for dynamic magnetic induction Procedure turns on. 8. Sonde zur Verwendung in Verbindung mit einer Schicht­ dickenmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff das Anspruchs 1, gekennzeichnet durch

• - mindestens zwei Spulen bzw. Spulensysteme (10, 11) von denen mindestens eine bzw. eins (10) für dynamische magnetinduktive Messungen ausgelegt ist, während min­ destens eine andere Spule bzw. ein anderes Spulensystem (11) für Wirbelstrommessungen ausgelegt ist, sowie durch
• - mindestens einen Kern (13) aus hochpermeablem Material mit geringen Ummagnetisierungsverlusten für zumindest die Spule(n) (10) für dynamisch magnetinduktive Mes­ sungen.

8. probe for use in conjunction with a layer thickness measuring device according to the preamble of claim 1, characterized by

• - At least two coils or coil systems ( 10 , 11 ) of which at least one or one ( 10 ) is designed for dynamic magnetic induction measurements, while at least one other coil or another coil system ( 11 ) is designed for eddy current measurements, and by
• - At least one core ( 13 ) made of highly permeable material with low magnetic loss for at least the coil (s) ( 10 ) for dynamic magneto-inductive measurements.