HQ 5 -
Herkules
mit QASS Messtechnik
Berührungslose und zerstörungsfreie Härteprüfung mit Herkules und QASS.
HQ 5 - Härteprüfsystem mit Herkules
Wenn Spitzenkompetenzen sich ergänzen, entsteht echte Innovation:
Das revolutionäre Härteprüfsystem HQ 5 prüft die Härte an Walzen völlig zerstörungsfrei und "on the fly".
Das mit Herkules, einem führenden Hersteller von Großwerkzeugmaschinen, entwickelte Messsystem HQ 5, integriert die zerstörungsfreie Härteprüfung von QASS direkt in den Fertigungsprozess von Walzen und schafft herausragende Vorteile.
Mithilfe einer Ferritantenne misst HQ 5 die Härte des Walzenballens kontaktlos und damit vollständig zerstörungsfrei, „On-the-Fly“, vollautomatisch und in Echtzeit.
Fehleranfällige und manuelle Stichproben werden von HQ 5 durch flächendeckende, hochpräzise Echtzeit-Ergebnisse ersetzt und sorgen für maximale Qualität, Effizienz und Wirtschaftlichkeit in der Walzenwerkstatt.
Unsere Sensorik erfasst die Bauteilhärte zerstörungsfrei und in Echtzeit. Die von Herkules entwickelte Sensorführung und Integration in die Maschine ermöglichen einen vollautomatischen Inline-Prüfprozess. So verschmelzen Maschinenbau-Know-How und Messtechnik zu einer durchgängigen Qualitätskette, die sofort verwertbare Daten liefert, Ausschuss reduziert und die Prozesssicherheit maximiert.
Das Resultat: erhöhte Effizienz, lückenlose Dokumentation und ein entscheidender Vorsprung für alle Kunden.
Messprinzip mit QASS µmagnetic
Millionen Mikromagnete im Gefüge
Innerhalb des Stahls befinden sich körnige Strukturen, deren Größe und innere Struktur je nach Wärmebehandlung, Legierungsbestandteilen, Verunreinigungen und mechanischer Vorverarbeitung variieren.
Bei einer Korngröße von 10µm, typisch für gehärtete Gefüge, enthält ein Kubikmillimeter Stahl ca. eine Millionen Körner.
Innerhalb eines Kornes, jedenfalls wenn es diese typische Größe aufweist, existiert
ein kleiner Magnet. In dem Kubikmillimeter Stahl haben wir also eine Million
Mikromagnete, die zufällig orientiert sind und sich nach außen hin in ihrer
Magnetkraft aufheben.
Beim Magnetisieren von Eisenwerkstoffen werden diese Kleinstmagnete in eine
einheitliche Richtung gebracht. Genau genommen wird jeder Mikromagnet einzeln in die neue Richtung gedreht. So entsteht ein Dominoeffekt, denn jeder gedrehte Mikromagnet erhöht die resultierende
Feldstärke und dreht weitere Mikromagnete.
Die zerstörungsfreie Härteprüfung "QASS µmagnetic" betrachtet diese kleinsten Magnetfeldänderungen, die
Aufschluss darüber geben, wie groß die Mikromagnete sind
und welcher Widerstand der Änderung entgegengesetzt wird.
Mechanisch härtere Stähle sind i.d.R. auch „magnetisch
härter“ und setzen der Ummagnetisierung einen höheren
Widerstand entgegen. Hingegen sind mechanisch weichere Stähle auch "magnetisch weicher" und bringen der Ummagnetisierung einen geringeren Widerstand entgegen.
QASS µMagnetic Sensoren
Aktuelle QASS µmagnetic Sensoren verwenden zur
magnetischen Anregung hufeisenförmige Elektromagnete mit einem Wechselstrom.
Der magnetische Fluss strömt über einen kleinen Luftspalt von ca. 1mm in die Stahlprobe, hinüber zum entgegengesetzten Pol und über denselben Querschnitt zurück in den QASS Sensor.
Die magnetische Leitfähigkeit ist in Eisen viele tausend mal
größer als in Luft, ein größerer Luftspalt reduziert deshalb den
magnetischen Fluss durch den Kreis, sollte also klein gehalten
werden.
Ummagnetisierung der Mikromagnete
Mit steigendem Magnetfeld finden nun zunehmend Umorientierungen der Mikromagnete statt, bis wir die maximale Feldstärke erreicht haben.
Diesen Vorgang wiederholen wir mit der Frequenz unseres Anregestromes hunderte bis tausende mal pro Sekunde.
Mit einer Ferrit-Antenne, die so ausgerichtet ist, dass sie v.a. die magnetischen Änderungen innerhalb der Probe bewertet, messen wir die magnetischen Feldänderungen zwischen den Magnetpolen unmittelbar oberhalb des Stahlwerkstoffes.
Die Drehungen der Mikromagnete erscheint oft sprunghaft, der kleine Magnet möchte zunächst in seiner Vorzugsrichtung bleiben und erst mit Überschreiten einer äußeren Magnetfeldstärke schwenkt er ein.
Mit hoher Abtastrate, 2MHz bis 25MHz, können auch diese sprungartigen Wechsel gut dargestellt werden.
Damit bekommen wir die Möglichkeit eine spektrale Verteilung der Magnetisierung zu erfassen. Wir sehen dann wie viele Mikromagnete pro Sekunde springen, wie stark die Sprungmagnetisierung war, zu welchem Zeitpunkt während der Magnetisierung welche Sprungraten auftreten.
Spektrales Abbild: Hartes und weiches (magnetisches) Material
In der Software ergibt sich ein solches Spektrales Abbild des Prozesses.
Hartmagnetische Werkstoffe zeigen schwache Barkhausen-Signale und sind auch mechanisch hart.
Weichmagnetische Werkstoffe sind leicht magnetisierbar, zeigen starke Signale und sind auch mechanisch weich.
Aus diesen hochaufgelösten Spektraldaten erstellt QASS 3D-Landschaften, die einen magnetischen Fingerabdruck des jeweiligen Materialvolumens ergeben.
Härtekorrelation
Anschließend wird lediglich ein realer Referenz-Härtewert, beispielsweise nach Rockwell, Vickers oder Brinell, benötigt. Auf dieser Grundlage wird unsere Analysesoftware darauf trainiert, dem jeweiligen magnetischen Fingerabdruck den entsprechenden Härtewert zuzuordnen.
Da diese Zusammenhänge über weite Bereiche häufig linear verlaufen, reichen in vielen Fällen bereits wenige Referenzmessungen aus, um eine zuverlässige Härteberechnung zu kalibrieren.
Modularer Sensor
Neben der empfindlichen und hochfrequent aufgelösten Erfassung der mikromagnetischen Sprünge messen wir zusätzlich Strom, Spannung und magnetischen Fluss der Anregung sowie die Innentemperatur der Sensorik.
Parallel zu µMag Sensor montieren wir laserbasierte- und
induktionsbasierte präzise Abstandssensoren, um den
kritischen Luftspalt zwischen Sensor und Material zu messen.
Damit gleichen wir die unterschiedlichen magnetischen
Feldstärken aufgrund von Abstandsschwankungen schon
während der Messung aus.
Mehr zu unserem Messprinzip in unserem Video