Microfabricated 2D planar eddy-current microcoils for the non-destructive testing of grinding burn marks

• Autorzy: Khazi Isman , Kovacs Andras , Kumar Vaibhav , Dhumal Pranav , Mescheder Ulrich

Identyfikatory

DOI

10.26357/BNiD.2019.012

Warianty tytułu

PL

Mikrofabrykowane płaskie wiroprądowe mikrocewki 2D do nieniszczących badań błędów szlifierskich

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Microtechnology based 2D planar eddy-current microcoils (μCoils) are simulated and fabricated for the detection of grinding burn marks in conductive materials such as industrial hard steels, which are predomi-nantly used for manufacturing of structured parts using grinding. COMSOL multiphysics simulation tool is used to simulate μCoils with various geometries, namely: circular spiral, circular non-spiral and meander type geometry, to investigate the influence of the frequency on the resultant impedance of the μCoil as a function of the grinding burn marks. The simulation results show that the impedance of the μCoil of all geometries varies in response to a 1500 μm wide grinding burn mark. The sensitivity of the μCoil to detect even grinding burn marks with 200 μm width is improved by modifying the wire width of the non-spiral μCoils. Furthermore, as a proof of concept non-spiral μCoils with varying number of turns (5,10 and 20) were fabricated using ferromagnetic nickel-cobalt alloys. The experimental results show that the impedance of the fabricated μCoils varies as a function of the grinding burn mark present on a 42CrMo4 workpiece.

PL

Płaskie wiroprądowe mikrocewki 2D (μCoils) oparte na mikrotechnologii przebadano numerycznie a następnie wytwarzano w celu wykrywania śladów lokalnego przegrzania w materiałach przewodzących, takich jak przemysłowe stale twarde, które są głównie wykorzystywane do produkcji elementów konstrukcyjnych przy użyciu technologii szlifierskich. Oprogramowanie do numerycznych obliczeń wielofizycznych COMSOL zostało użyte do symulacji mikrocewek μCoil o różnych geometriach w celu zbadania wpływu częstotliwości na wynikową impedancję μCoil w funkcji szlifowania śladów przegrzania. Wyniki symulacji pokazują, że impedancja μCoil we wszystkich geometriach zmienia się pod wpływem śladu po szlifowaniu o szerokości 1500 μm. Wrażliwość μCoil na wykrywanie śladów przegrzania nawet o szerokości 200 μm jest poprawiona poprzez modyfikację szerokości drutu nie spiralnych mikrocewek. Ponadto, jako dowód słuszności koncepcji, wykonano niespiralne cewki o zmiennej liczbie zwojów (5,10 i 20) przy użyciu ferromagnetycznych stopów nikiel-kobalt. Wyniki eksperymentów pokazują, że impedancja wytworzonych mikrocewek zmienia się w zależności od śladu po szlifowaniu obecnego na elemencie wykonanym z 42CrMo4.

Słowa kluczowe

EN

2D planar coils; grinding burn marks; non-destructive testing; micro eddy-current sensor

PL

cewka płaska 2D; szlifowanie śladów przegrzań; badania nieniszczące NDT; mikro przetwornik wiroprądowy

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Badania Nieniszczące i Diagnostyka
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 3
• Strony: 29--35
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Khazi Isman

• Institute of Microsystems Technology, Faculty of Mechanical and Medical Engineering, Furtwangen University

autor

Kovacs Andras

• Institute of Microsystems Technology, Faculty of Mechanical and Medical Engineering, Furtwangen University

autor

Kumar Vaibhav

• Institute of Microsystems Technology, Faculty of Mechanical and Medical Engineering, Furtwangen University

autor

Dhumal Pranav

• Institute of Microsystems Technology, Faculty of Mechanical and Medical Engineering, Furtwangen University

autor

Mescheder Ulrich

• Institute of Microsystems Technology, Faculty of Mechanical and Medical Engineering, Furtwangen University

Bibliografia

• [1] P. E. Mix, Introduction to nondestructive testing: A training guide, 2nd ed., Wiley, Hoboken N.J., 2005.
• [2] Y. Hamasaki, T. Ide, Fabrication of multi-layer eddy current micro sensors for non-destructive inspection of small diameter pipes, in: Proceedings IEEE Micro Electro Mechanical Systems. 1995, IEEE, 29 Jan.-2 Feb. 1995, 232.
• [3] D. J. Sadler, S. Gupta, C. H. Ahn, Micromachined spiral inductors using UV-LIGA techniques, IEEE Trans. Magn. 37 (2001) 2897–2899.
• [4] D. J. Sadler, C. H. Ahn, On-chip eddy current sensor for proximity sensing and crack detection, Sensors and Actuators A: Physical 91 (2001) 340–345.
• [5] M. Pan, Y. He, R. Xie, W. Zhou, The influence of MEMS on electromagnetic NDT, IEEE, 20.06.2014 - 23.06.2014, 363–367.
• [6] H. H. Gatzen, E. Andreeva, H. Iswahjudi, Eddy-current microsensor based on thin-film technology, IEEE Trans. Magn. 38 (2002) 3368–3370.
• [7] M. W. Seidel, A. Zösch, K. Härtel, Grinding burn inspection, Forsch Ingenieurwes 82 (2018) 253–259.
• [8] Antje ZÖSCH, Christopher SEIDEL, Konstantin HÄRTEL, Martin Wolfgang SEIDEL Josef MAIER, Gerhard NEUN, Detection of Near Surface Damages in Crank Shafts by Using Eddy Current Testing, 19th World Conference on Non-Destructive Testing 2016.
• [9] M. K. Sinha, D. Setti, S. Ghosh, P. Venkateswara Rao, An investigation on surface burn during grinding of Inconel 718, Journal of Manufacturing Processes 21 (2016) 124–133.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).