Martin Koll,
"Entwicklung einer Wirbelstrom-Sensorik zur Schichtendickenbestimung von Stahlblechen"
, 2023
Original Titel:
Entwicklung einer Wirbelstrom-Sensorik zur Schichtendickenbestimung von Stahlblechen
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Die Messung von Schichtdicken ist eine wichtige Aufgabe in der Industrie. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf der Schichtdickenmessung von elektrisch leitfähigen Beschichtungen, die auf elektrisch leitfähigem und ferromagnetischem Substrat aufgebracht
sind. Zur Bestimmung der Schichtdicke wird eine Wirbelstromsensorik verwendet. Die Messung beruht auf dem Prinzip, dass über eine Spule ein Magnetfeld erzeugt wird, welches dann Wirbelströme im leitfähigen Material erzeugt, die wiederum auf die in
der Spule induzierte Spannung zusammen mit dem eingebrachten Feld rückwirken.
Ziel muss es daher sein, diesen Wirbelstromanteil in der induzierten Spannung zu bestimmen und so die Schichtdicke zu evaluieren.
Im Zuge dieser Arbeit wird aufbauend auf einer Literaturrecherche ein Prüfstand zur Vermessung beschichteter Bleche konstruiert und in Betrieb genommen. Weiters werden drei Spulenmodelle, mit bekannten analytischen Modelllösungen ausgewählt, untersucht und vermessen. Diese mathematischen Modelle werden mittels einer FiniteElemente-Simulation verifiziert.
Anschließend wird eine Sensitivitätsanalyse bezüglich der geometrischen und metallurgischen Einflussparameter durchgeführt, um die Bedeutung jedes Parameters zu
beurteilen. Im Allgemeinen wirken auf die Messgröße die Schichtdicke, die Leitfähigkeit der
Beschichtung, die Leitfähigkeit des Substrats, die magnetische Permeabilität des
Substrats, der Luftspalt zwischen der Spule und dem zu vermessenden Blech und natürlich die gewählte Spulengeometrie. Dabei wird untersucht welche Parameter aus den Messdaten geschätzt werden können bzw. ob die Richtungsableitungen der Impedanz bzw. Gegenimpedanz nach den Parametern linear voneinander abhängig
sind und somit eine eindeutige Identifikation nicht möglich ist.
Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden verschiedene Blechproben bei verschiedenen Arbeitspunkten mit den unterschiedlichen Spulen im Prüfstand vermessen. Diese Ergebnisse werden evaluiert und miteinander verglichen. Zur Bestimmung der unbekannten Parameter aus dem Messsignal wird ein modellbasierter Schätzer implementiert. Damit ist es möglich, die Schichtdicke von Referenzblechen bei variablem Luftspalt zwischen 1,5 mm und 20 mm auf unter ± 10 % Fehler zu ermitteln. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse zusammengefasst, die Vor- und Nachteile
hervorgehoben und ein Ausblick auf zukünftige Untersuchungen und Implementierungen dieses Messprinzips gegeben
Forschungs-