Was ist ein Schichtdickenmessgerät?
Ein Schichtdickenmessgerät ist ein Gerät zur Messung der winzigen Dicke eines Objekts.
Es wird z. B. verwendet, um dünne Schichten zu untersuchen, die visuell schwer zu messen sind wie die Dicke von Farbschichten oder Metallbeschichtungen. Für Schichtdickenmessgeräte stehen mehrere Messverfahren zur Verfügung, wobei die Wahl des Messverfahrens davon abhängt, ob das zu messende Objekt lichtdurchlässig ist oder nicht, und ob berührend oder berührungslos gemessen wird.
Anwendungen von Schichtdickenmessgeräten
Schichtdickenmessgeräte werden hauptsächlich zur Messung der Dicke von lackierten Oberflächen verwendet. Viele Gegenstände des täglichen Lebens wie Haushaltsgeräte und Autos werden lackiert, um ihre Ästhetik zu erhalten und sie haltbarer zu machen.
Die Dicke des Lackfilms muss angemessen und gleichmäßig sein. Ist die Schichtdicke nicht angemessen, d. h. der Lackfilm ist zu dick, kann es zu Rissen kommen, ist er zu dünn, können Probleme wie Verfärbung, Glanzverlust und Beschädigung des Untergrunds auftreten. Ist sie nicht gleichmäßig, kann die Haltbarkeit der Beschichtung von Ort zu Ort variieren, was zu Problemen wie der Unfähigkeit, die Qualität zu halten, führt.
Eine gängige Methode zur Qualitätskontrolle ist die Verwendung von Schichtdickenmessgeräten zur Messung und Kontrolle der Dicke des Beschichtungsfilms auf verschiedenen Gegenständen. Es gibt verschiedene Arten von Schichtdickenmessgeräten und je nach dem zu messenden Objekt wird das entsprechende Gerät verwendet. Für die Messung der Dicke von transparenten dünnen Schichten werden beispielsweise Spektralinterferometer mit Breitbandlicht oder Infrarotlicht verwendet.
Diese Methoden können jedoch nicht für Metalle verwendet werden, da diese für Licht nicht durchlässig sind. Elektromagnetische Schichtdickenmessgeräte, die mit Änderungen des magnetischen Flusses arbeiten und Wirbelstrom-Schichtdickenmessgeräte, die mit Wirbelströmen arbeiten, sind für die Messung dünner Metallschichten geeignet. Berührungslose Schichtdickenmessgeräte wie z. B. Ultraschall-Schichtdickenmessgeräte werden auch verwendet, wenn der Kontakt mit dem zu messenden Objekt schwierig ist.
Funktionsweise der Schichtdickenmessgeräte
Es gibt eine Vielzahl von Schichtdickenmessgeräten mit unterschiedlichen Messmethoden und je nach Messobjekt wird das entsprechende Gerät eingesetzt. Die folgenden fünf Methoden sind typisch:
1. Spektralinterferometer
Hierbei handelt es sich um ein Schichtdickenmessgerät, das mit Lichtinterferenz arbeitet. Wenn Licht auf das zu messende Objekt fällt, wird das Licht von der Oberfläche und der Rückseite der dünnen Schicht reflektiert. Zwischen den beiden Reflexionen kommt es zu einer Phasenverschiebung, wobei die Verschiebung der Dicke der Dünnschicht entspricht. Die Wellen werden verstärkt, wenn sie sich in der gleichen Phase überlagern, und geschwächt, wenn sie sich in der entgegengesetzten Phase überlagern, so dass die Dicke durch Messung dieser Interferenzdifferenz gemessen werden kann.
2. Infrarot-Schichtdickenmessgerät
Dieses Schichtdickenmessgerät nutzt die Absorption von Infrarotstrahlen durch das zu messende Objekt. Wenn das Objekt mit Infrarotstrahlen bestrahlt wird, werden Infrarotstrahlen einer bestimmten Wellenlänge absorbiert, die vom Material und der Dicke des zu messenden Objekts abhängt. Das Prinzip besteht darin, diese Eigenschaft zur Messung der Schichtdicke auf der Grundlage des Spektrums zu nutzen, das durch Spektroskopie des durchgelassenen oder reflektierten Lichts erhalten wird. Wenn das Verhältnis zwischen der Absorptionsrate des zu messenden Materials und der Schichtdicke im Voraus gemessen wird, kann die Schichtdicke des zu messenden Objekts berechnet werden.
3. Elektromagnetisches Schichtdickenmessgerät
Hierbei handelt es sich um ein Schichtdickenmessgerät, das die Änderung der magnetischen Flussdichte nutzt. Diese Messmethode wird verwendet, wenn das zu messende Objekt auf einer magnetischen Metalloberfläche geformt ist und macht sich die Tatsache zunutze, dass sich die magnetische Flussdichte ändert, wenn der Magnet nur in die Nähe des Metalls gebracht wird oder wenn der Magnet in die Nähe des zu messenden Objekts gebracht wird, während es sich auf dem Metall befindet. Es kann jedoch nur verwendet werden, wenn das Messobjekt in Kontakt mit Metall ist und das Messobjekt nicht aus Metall besteht.
4. Wirbelstrom-Filmdickenmessgerät
Wirbelstrom-Filmdickenmessgeräte nutzen die Änderung des von einer Spule erzeugten magnetischen Flusses zur Messung der Dicke des Messobjekts. Um die stromdurchflossene Spule wird ein magnetischer Fluss erzeugt und wenn die Spule in die Nähe des zu messenden Objekts gebracht wird, ändert sich der magnetische Fluss entsprechend der Dicke des zu messenden Objekts. Die Dicke des Objekts wird gemessen, indem diese Änderung des magnetischen Flusses festgestellt wird.
5. Ultraschall-Schichtdickenmessgerät
Ultraschall-Schichtdickenmessgeräte sind Schichtdickenmessgeräte, die sich die Reflexion von Ultraschallwellen zunutze machen. Wenn Ultraschallwellen von der Oberfläche des zu messenden Objekts ausgesendet werden, durchlaufen sie das Innere des Objekts und werden auf der Rückseite reflektiert. Anhand der Zeit, die für diese Reflexion benötigt wird, kann die Dicke gemessen werden.
Bei der Messung der Dicke von transparenten dünnen Schichten wie Glas werden zum Beispiel Spektralinterferometer mit Breitbandlicht oder Infrarotlicht verwendet. Andererseits können diese Schichtdickenmessgeräte nicht für Materialien verwendet werden, die kein Licht durchlassen, wie z. B. Metalle.
Elektromagnetische Schichtdickenmessgeräte, die mit Änderungen des magnetischen Flusses arbeiten und Wirbelstrom-Schichtdickenmessgeräte, die mit Wirbelströmen arbeiten, werden zur Messung dünner Metallschichten eingesetzt. Berührungslose Schichtdickenmessgeräte wie z. B. Ultraschall-Schichtdickenmessgeräte werden auch verwendet, wenn der Kontakt mit dem zu messenden Objekt schwierig ist.
Arten von Schichtdickenmessgeräten
Schichtdickenmessgeräte können in drei Typen eingeteilt werden: berührend, berührungslos und mit Querschnittsmessung:
1. Berührende Schichtdickenmessgeräte
Bei berührenden Schichtdickenmessgeräten ist der Sensorteil über ein Kabel mit dem Gehäuse des Messgeräts verbunden und der Sensorteil wird zur Messung der Schichtdicke mit dem Messobjekt in Kontakt gebracht. Zu den berührenden Schichtdickenmessgeräten gehören elektromagnetische Induktions-, Überstrom-, Ultraschall- und Tastermessgeräte. Dies sind die gebräuchlichsten Schichtdickenmessgeräte, die je nach Leistung für mehrere tausend bis 2000 USD zu haben sind.
Berührende Schichtdickenmessgeräte sind einfach zu handhaben: Man muss nur den Sensor an die zu messende Substanz anlegen, und der Wert wird angezeigt. Da verschiedene Substanzen jedoch unterschiedlich schnell reagieren, müssen Sie unter Umständen einige Sekunden warten, bis das Sensorteil reagiert. Bei den berührenden Schichtdickenmessgeräten muss zwischen dem elektromagnetischen Induktionsverfahren und dem Überstromverfahren unterschieden werden, je nachdem, auf welchem Untergrund sich das zu messende Objekt befindet.
Das elektromagnetische Induktionsverfahren wird bei magnetischen Werkstoffen wie Eisen und Stahl angewandt, während das Überstromverfahren bei nichtmagnetischen Werkstoffen wie Aluminium und Edelstahl eingesetzt wird. Es sind auch Doppeltypen erhältlich, die mit beiden Methoden messen. Der Doppeltyp kann sowohl magnetische als auch nichtmagnetische Materialien messen.
2. Berührungslose Schichtdickenmessgeräte
Berührungslose Schichtdickenmessgeräte strahlen Licht aus dem Schichtdickenmessgerät selbst aus und messen die Schichtdicke, indem sie die Interferenz der Wellenlängen des von der Oberfläche der Schicht reflektierten oder in die Schicht eindringenden Lichts als Spektrum erfassen. Die Grundform wird an Stellen eingesetzt, die für die menschliche Hand unzugänglich sind und ist in den Ausführungen Reflexionsspektralmessung, Infrarotmessung, kapazitive Messung und Strahlungsmessung erhältlich. Sie verwenden hochpräzise Halbleiterelemente im Detektionsteil und sind daher teurer als kontaktbehaftete Systeme.
3. Schichtdickenmessgeräte mit Beobachtungsquerschnitt
Schichtdickenmessgeräte zur Querschnittsbeobachtung sind Elektronenmikroskope wie TEM und SEM. Sie werden zur Messung sehr kleiner Materialien verwendet, die mit berührenden oder berührungslosen Methoden nicht gemessen werden können. Sie werden jedoch häufig in der Forschung und technologischen Entwicklung eingesetzt und sind in der Praxis selten zu finden.