DE102008037421A1

DE102008037421A1 - Moving metal product coating detecting method, involves analyzing optical emission of plasma, measuring intensities of spectral lines, and analyzing optical emission of plasma, where plasma is produced on each sides of metal product

Info

Publication number: DE102008037421A1
Application number: DE200810037421
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Koch; Werner Staudinger; Gregor Dr. Müller
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; Wisco Tailored Blanks GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; Wisco Tailored Blanks GmbH
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2010-07-15

Abstract

The method involves analyzing optical emission of plasmas (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b), and measuring intensities of spectral lines, which come from elements that are ablated from a surface of a metal product (2) by the plasmas. A surface composition of the metal product is partially determined, and the laser ablation in a region of an edge (3) of the movable metal product is simultaneously carried out from both sides of the metal product. The optical emission of the plasma is analyzed, where the plasma is produced on each sides of the metal product. An independent claim is also included for a device for detecting a coating of a moving metal product using a laser-emission spectrometry process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion einer Beschichtung eines sich bewegenden Metallprodukts unter Verwendung eines Laser-Emissions-Spektrometrie-Verfahrens, bei welchem mindestens ein Laserpuls auf die Oberfläche des Metallprodukts gerichtet wird, auf der Oberfläche des Metallprodukts unter teilweiser Laserablation von Oberflächenmaterial des Metallprodukts ein Plasma erzeugt wird und die optische Emission des Plasmas analysiert wird, um Intensitäten von Spektrallinien zu messen, welche von durch das Plasma von der Oberfläche des Metallprodukts ablatierten Elementen stammen und um zumindest teilweise die Oberflächenzusammensetzung des Metallprodukts zu bestimmen. Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Detektion einer Beschichtung eines sich bewegenden Metallprodukts durch Verwendung eines Laser-Emissions-Spektrometrie-Verfahrens mit einer Laserquelle und Elementen zur optischen Strahlführung der Laserstrahlen sowie Mitteln zur Erfassung und Analyse der durch das Plasma emittierten optischen Strahlung, um Intensitäten emittierter Spektrallinien zu messen, welche von der Oberfläche des Metallprodukts ablatierter Elemente stammen und um zumindest teilweise die Oberflächenzusammensetzung des Metallprodukts zu bestimmen.The The invention relates to a method for detecting a coating a moving metal product using a laser emission spectrometry method, in which at least one laser pulse on the surface of the metal product, on the surface of the Metal product with partial laser ablation of surface material of the metal product, a plasma is generated and the optical emission the plasma is analyzed for intensities of spectral lines to measure which of the plasma from the surface derived from the metal product ablated elements and at least partly the surface composition of the metal product to determine. In addition, the invention relates to a device for Detection of a coating of a moving metal product by using a laser emission spectrometry method with a laser source and elements for optical beam guidance the laser beams and means for detecting and analyzing the by the plasma emitted optical radiation to intensities emitted spectral lines, which from the surface of the metal product of ablated elements and at least partly the surface composition of the metal product to determine.

Ein Verfahren zur Bestimmung der Beschichtungszusammensetzung unter Verwendung einer Laserquelle, welche auf dem zu untersuchenden Werkstück ein Plasma zündet und die durch den Laserstrahl abgetragenen Elemente in dem Plasma optische Spektrallinien emittieren, welche zur Analyse der abgetragenen Elemente herangezogen werden können, ist bereits aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 042 155 A1 bekannt. Bei dem Laser-Emissions-Spektrometrie-Verfahren werden Teile der Oberfläche des zu untersuchenden Metallprodukts mittels von Laserpulsen lokal abgetragen und die optische Emission des dabei an der Oberfläche der Beschichtung erzeugten Plasmas erfasst und ausgewertet. Für jeden einzelnen Laserpuls wird die element-spezifische Linienstrahlung des Plasmas einzeln detektiert. Über die Höhe der Pulsenergie und die Größe des Fokusdurchmessers lässt sich die Ablationsrate pro Laserpuls einstellen, welche in einer Größenordnung von 1 nm bis 10 μm liegen kann. Die genannte deutsche Offenlegungsschrift befasst sich nun mit dem Problem, ein Verfahren für die Überwachung der Schichtdicke und/oder zur Bestimmung eines Tiefenprofils der chemischen Zusammensetzung der Beschichtung eines Metallprodukts nach dessen Beschichtung zu überwachen und ein Tiefenprofil der Beschichtungszusammensetzung zu messen, ohne zu große Ablationsschäden zu verursachen. Hierzu werden Laser-Bursts verwendet, welche eine Vielzahl von kurz aufeinander folgenden Laserpulsen darstellen. Im Gegensatz dazu beschäftigt sich die vorliegende Erfindung lediglich mit der Detektion einer Beschichtung, d. h. mit der Überprüfung, inwieweit eine Beschichtung vorhanden ist oder nicht. Eine Überprüfung, inwieweit beispielsweise eine Beschichtung abgetragen ist. Dies hat sich als notwendig erwiesen, da insbesondere immer mehr beschichtete Platinen verarbeitet werden, um beispielsweise bei der Warmumformung Verzunderung zu vermeiden. Bei der Verwendung beschichteter Platinen besteht allerdings das Problem, dass die Kantenbereiche, welche möglicherweise verschweißt werden, zu Problemen im Bereich der Schweißnähte führen, welche, vor allem bei dem Einsatz einer AlSi-Beschichtung auf das Eindringen von Aluminium in den Platinenwerkstoff zurückzuführen ist. Während der Produktion von beschichteten Metallprodukten ist daher darauf zu achten, dass die für ein Verschweißen vorgesehenen Bereiche des Metallprodukts erfolgreich entschichtet werden. Dies betrifft insbesondere die Kantenbereiche der beschichteten Platinen.A method for determining the coating composition using a laser source which ignites a plasma on the workpiece to be examined and the elements ablated by the laser beam in the plasma emit optical spectral lines which can be used to analyze the ablated elements is already known from the prior art Technology, for example, from the German patent application DE 10 2004 042 155 A1 known. In the laser emission spectrometry method, parts of the surface of the metal product to be examined are locally removed by means of laser pulses and the optical emission of the plasma generated thereby on the surface of the coating is detected and evaluated. For each individual laser pulse, the element-specific line radiation of the plasma is detected individually. About the height of the pulse energy and the size of the focus diameter, the ablation rate per laser pulse can be adjusted, which may be in the order of 1 nm to 10 microns. The said German Offenlegungsschrift now addresses the problem of monitoring a method for monitoring the layer thickness and / or determining a depth profile of the chemical composition of the coating of a metal product after its coating and to measure a depth profile of the coating composition, without too great ablation damage cause. For this purpose, laser bursts are used which represent a multiplicity of laser pulses which follow each other in short succession. In contrast, the present invention deals only with the detection of a coating, ie with the verification of the extent to which a coating is present or not. A check to what extent, for example, a coating has been removed. This has proven to be necessary because in particular more and more coated boards are processed to avoid scaling, for example during hot forming. When using coated boards, however, there is the problem that the edge areas, which may be welded, lead to problems in the area of the welds, which, especially when using an AlSi coating due to the penetration of aluminum into the board material. During the production of coated metal products, it must therefore be ensured that the areas of the metal product intended for welding are successfully stripped. This applies in particular to the edge areas of the coated boards.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Detektion einer Beschichtung eines sich bewegenden Metallprodukts unter Verwendung eines Laser-Emissions-Spektrometrie-Verfahrens sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchem bzw. mit welcher kantennahe Entschichtungsvorgänge auf einfache Weise überprüft und vorhandene Beschichtungsreste detektiert werden können.Of the The present invention is therefore based on the object, a method for detecting a coating of a moving metal product below Use of a laser emission spectrometry method as well to provide a corresponding device, with which or with which close-edge decoating processes checked in a simple manner and existing coating residues can be detected.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Laserablation im Bereich einer Kante des sich bewegenden Metallprodukts erfolgt und simultan von beiden Seiten des Metallprodukts her durchgeführt wird, wobei simultan die optische Emission des auf jeder Seite des Metallprodukts erzeugten Plasmas analysiert wird.According to one The first teaching of the present invention is the object indicated solved by laser ablation in the area of Edge of the moving metal product takes place simultaneously from carried out on both sides of the metal product, wherein simultaneously the optical emission of the on each side of the metal product generated plasma is analyzed.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ermöglicht, die für das Verschweißen von beschichteten Platinen, beispielsweise zur Herstellung von ”Tailored Blanks” benötigten, entschichteten Kanten mit hoher Prozesssicherheit zu vermessen, um festzustellen, ob schädliche Beschichtungsreste in kantennahen Bereichen vorhanden sind oder nicht.By the method according to the invention is made possible for the welding of coated boards, For example, for the production of "tailored blanks" needed, to measure coated edges with high process reliability, to determine if harmful coating residues in near-edge Areas are present or not.

Entsprechende Platinen müssen den Bereich zur Überprüfung des Vorhandenseins der Beschichtung lediglich ein einziges Mal durchlaufen und können, beispielsweise bei einem Vorhandensein der schädlichen Beschichtung an zu verschweißenden Kanten, aussortiert werden. Aufgrund der notwendigen Präzision einer kantennahen Beschichtungsabtragung ist es vorteilhaft, dass die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens fest stehen und das Metallprodukt entsprechend bewegt wird. Allerdings ist auch vorstellbar, dass die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens relativ zu einem fest stehenden Metallprodukt bewegt werden, beispielsweise über ein Handlingssystem. Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich eine Beschichtung detektiert werden soll, ist eine Verwendung von Laserbursts nicht notwendig. Vielmehr hat es sich gezeigt, dass es ausreichend ist, jeden einzelnen Laserpuls und das erzeugte Plasma bezüglich der Emissionsintensitäten der beschichtungsspezifischen Elemente zu vermessen. Denn bereits durch geringe Abtragungen können beschichtungsspezifische Reste ermittelt werden.Corresponding boards only have to pass through the area for checking the presence of the coating once and can be sorted out, for example if the harmful coating is present on edges to be welded. Due to the necessary precision of near-edge coating removal, it is advantageous that the means for carrying out the method according to the invention are fixed and the metal product is moved accordingly. However, it is also conceivable that the funds for carrying out the method according to the invention are moved relative to a fixed metal product, for example via a handling system. Since only one coating is to be detected with the method according to the invention, a use of laser bursts is not necessary. Rather, it has been found that it is sufficient to measure each individual laser pulse and the plasma generated with respect to the emission intensities of the coating-specific elements. Because even slight abrasions, coating-specific residues can be determined.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine einzige Laserquelle verwendet, deren Laserstrahl symmetrisch in zwei Laserstrahlen aufgeteilt wird und die resultierenden Laserstrahlen auf gegenüberliegende Seiten der zu untersuchenden Kante des Metallprodukts gerichtet werden, wobei optional die Laserstrahlen in einem von 90° abweichenden Winkel auf die Oberfläche des Metallprodukts gerichtet werden. Die Verwendung einer einzigen Laserquelle verringert nicht nur die Kosten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, es werden auch die Messbedingungen bei der Untersuchung von Kantenbereichen gegenüberliegender Seiten des Metallprodukts verbessert, da Schwankungen der Laserquelle in beiden Messsignalen identisch vorhanden sind und somit beim Vergleich beider Messsignale nicht stören. Darüber hinaus erfolgt die Aufteilung des Laserstrahls einer einzigen Laserquelle vorzugsweise durch Dünnfilmpolarisatoren, welche besonders für hohe Leistungen ausgelegt sind, wobei auch andere optische Mittel als Strahlteiler eingesetzt werden können. Als Laserquelle kann vorzugsweise ein blitzlampengepumpter, gütegeschalteter Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm, bei einer Wiederholrate von 20 Hz und etwa 250 mJ pro Puls bei einer Pulslänge von 5 bis 8 ns verwendet werden. Denkbar ist auch die Verwendung weiterer geeigneter Lasertypen, wobei dann die Parameter entsprechend angepasst werden müssen. Dadurch, dass die Laserstrahlen optional in einem von 90° abweichenden Winkel auf die Oberfläche des Metallprodukts gerichtet werden, ist ausgeschlossen, dass die Laserstrahlen, beispielsweise wenn das Metallprodukt den Vermessungsbereich verlassen hat, in die Optik des jeweils gegenüberliegenden Laserstrahls einfallen kann und zu Beschädigungen führen kann.According to one first embodiment of the invention Method, a single laser source is used, the laser beam is split symmetrically into two laser beams and the resulting Laser beams on opposite sides of the examined Be directed edge of the metal product, optionally with the laser beams at an angle other than 90 ° to the surface of the metal product. The use of a single Laser source not only reduces the cost of implementation of the method according to the invention, it will also the measurement conditions in the investigation of edge areas of opposite Pages of the metal product improves, since fluctuations of the laser source are identical in both measuring signals and thus in the comparison do not disturb both measuring signals. Furthermore the division of the laser beam of a single laser source takes place preferably by thin film polarizers, which are especially are designed for high performance, although other optical means can be used as a beam splitter. As a laser source may preferably be a flash lamp pumped, Q-switched Nd: YAG laser with a wavelength of 1064 nm, at one Repetition rate of 20 Hz and about 250 mJ per pulse with one pulse length from 5 to 8 ns. The use is also conceivable other suitable laser types, in which case the parameters accordingly need to be adjusted. By doing that, the laser beams optionally at an angle other than 90 ° to the surface of the metal product is excluded that the Laser beams, for example, when the metal product the survey area has left, in the optics of each opposite Laser beam can occur and lead to damage can.

Ferner kann die Verwendung von Zylinderlinsen zur Strahlfokussierung aber auch ggf. die Verwendung alternativer Laserquellen mit kHz-Repetionsraten eine Verbesserung der Messergebnisse durch Erhöhung der Prüfdichte darstellen.Further However, the use of cylindrical lenses for beam focusing can also, if necessary, the use of alternative laser sources with kHz repetition rates an improvement of the measurement results by increasing the Represent test density.

Eine weitere Verbesserung im Vergleich der Messergebnisse von beiden Seiten des Metallprodukts wird dadurch erreicht, dass gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beide Laserstrahlen symmetrisch aufgebaute Strahlumlenk- und Fokussierungsmittel durchlaufen und optional optische Elemente in jedem Strahlengang zur Anpassung des jeweiligen Laserstrahls an verschiedene Blechdicken verwendet werden. Durch diese Maßnahmen ist der Strahlengang der Laserstrahlen sowie deren Intensität auf der Oberfläche des Metallprodukts sehr gut einstellbar, so dass eine hohe Vergleichbarkeit der Vermessung beider Seiten des Metallprodukts besteht.A further improvement in comparison of the measurement results of both Pages of the metal product is achieved in that according to a another embodiment of the invention Method both laser beams symmetrically constructed beam deflection and focusing means and optionally optical elements in each beam path to adapt the respective laser beam different sheet thicknesses are used. Through these measures is the beam path of the laser beams and their intensity very easily adjustable on the surface of the metal product, so that a high comparability of the measurement of both sides of the metal product.

Eine besonders prozesssichere und vor Verschmutzung sichere Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch erreicht, dass ein U-förmiger Messkopf verwendet wird, wobei optional der Messkopf selbst und/oder die Austrittsfenster für die Laserstrahlen luftgespült sind. Bei der Luftspülung können natürlich auch andere Gase, beispielsweise Edelgase wie Argon oder Stickstoff verwendet werden. Der U-förmige Messkopf erlaubt eine einfache Positionierung des Messkopfs zur entschichteten Kante des Metallprodukts, wobei die Laserstrahlen aus den Schenkeln des U-förmigen Messkopfs heraus auf die Kante des Metallprodukts gerichtet werden können. Hierzu muss das Metallprodukt lediglich mit seiner Kante zwischen die Schenkel des U-förmigen Messkopfs positioniert werden.A particularly process-safe and safe from pollution training the process of the invention is characterized achieves that a U-shaped measuring head is used, optionally the measuring head itself and / or the exit windows are air-rinsed for the laser beams. In the Air purge can of course also others Gases, such as noble gases such as argon or nitrogen can be used. The U-shaped measuring head allows easy positioning the measuring head to the uncoated edge of the metal product, wherein the laser beams from the legs of the U-shaped measuring head out on the edge of the metal product. For this, the metal product only has to be with its edge between the legs of the U-shaped measuring head are positioned.

Eine höhere Genauigkeit der Detektion der Beschichtung, insbesondere unter Berücksichtigung der beidseitigen Messung der vom Plasma emittierten optischen Strahlung wird dadurch erreicht, dass die vom Plasma emittierte optische Strahlung auf jeder Seite des Metallprodukts über symmetrisch aufgebaute Optiken in zwei identische Fasern eingekoppelt und an die Spektrometer weitergeleitet wird. Auf diese Weise wird die Möglichkeit eines systematischen Fehlers bei der beidseitigen Messung verringert.A higher accuracy of the detection of the coating, in particular taking into account the two-sided measurement of the Plasma emitted optical radiation is achieved by the fact that emitted by the plasma optical radiation on each side of the metal product over symmetrically constructed optics coupled into two identical fibers and is forwarded to the spectrometer. This way will the possibility of a systematic error in bilateral Measurement reduced.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Laserstrahlen und die optische Emission des Plasmas koaxial geführt, so dass die Abhängigkeit der Messergebnisse vom Abstand der Messprobe verringert wird.According to one another embodiment of the invention Process become laser beams and the optical emission of the plasma Coaxially guided, so that the dependence of Measurement results from the distance of the sample is reduced.

In besonders vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch genutzt werden, dass aus den gemessenen Intensitäten der Spektrallinien ein Steuersignal für eine Entschichtungsanlage, welche den kantennahen Bereich des Metallprodukts entschichtet, ermittelt wird und an diese übergeben wird. Vorgelagerte Entschichtungsanlagen können insofern im Hinblick auf eine vollständige Entfernung der Beschichtung in den kantennahen Bereichen gesteuert werden.In Particularly advantageous manner, the inventive Method be used by that from the measured intensities the spectral lines a control signal for a decoating system, which decoates the near-edge region of the metal product, is determined and passed to this. upstream Decoating systems can insofar with regard to a complete removal of the coating in the edge-near areas to be controlled.

Vorzugsweise wird bei der Analyse des Spektrums der optischen Emission des Plasmas der Beginn und/oder das Ende des Zeitraums, in welchem die Intensitäten der Spektrallinien integriert werden, abhängig von der Temperatur des Plasmas gewählt, wobei optional die Messung der Temperatur des Plasmas vor jeder Analyse erneut erfolgt. Das Plasma hat zu Beginn seiner Zündung einen hohen Anteil elementunspezifischer Strahlung, welche das Messergebnis verschlechtern würde. Während des Abklingens der elementunspezifischen Strahlung des Plasmas treten im weiteren Verlauf die von den abgetragenen Elementen emittierten Spektrallinien deutlicher hervor, so dass deren Intensität sehr gut bestimmt werden kann. Die Intensität der elementunspezifischen Strahlung des Plasmas verändert sich mit der Temperatur des Plasmas, welche von unterschiedlichsten Bedingungen, beispielsweise der Oberfläche, der Fokuslage oder beispielsweise des Reflexionsvermögens abhängt. Bei höheren Plasmatemperaturen klingt die elementunspezifische Strahlung deutlich später ab. Die Intensität der emittierten, elementspezifischen optischen Emission des Plasmas hängt zwar auch von der Plasmaintensität selbst ab, da dann mehr Material abgetragen wird aber natürlich auch von der Art der abgetragenen Elemente im Plasma. Das Ende des Integrationszeitraums soll deshalb nach Möglichkeit so gelegt werden, dass gerade dann die emittierten Spektrallinien der abgetragenen Elemente abgeklungen sind, um nicht zusätzlich ein Rauschsignal zu generieren. Andererseits sollte der Beginn der Messung der Spektrallinien so früh wie möglich nach Abklingen oder Verringerung der Intensität der elementunspezifischen Temperaturstrahlung des Plasmas beginnen. Eine hinsichtlich der Messbedingungen optimierte Messung kann dadurch erreicht werden, dass die Messung der Temperatur des Plasmas vor jeder Analyse erneut erfolgt. Sofern der zusätzliche Aufwand nicht betrieben werden soll, ist vorstellbar, die Plasmatemperatur während der Kalibrierung mit Mustern zu bestimmen und das Integrationszeitfenster entsprechend festzulegen.Preferably, in the analysis of the spectrum of the optical emission of the plasma Beginning and / or the end of the period in which the intensities of the spectral lines are integrated, depending on the temperature of the plasma selected, optionally measuring the temperature of the plasma before each analysis again. The plasma has a high proportion of elementunspezifischer radiation at the beginning of its ignition, which would worsen the measurement result. As the elementunspecific radiation of the plasma decays, the spectral lines emitted by the ablated elements emerge more clearly in the further course, so that their intensity can be determined very well. The intensity of the elementunspezifischen radiation of the plasma changes with the temperature of the plasma, which depends on different conditions, such as the surface, the focal position or, for example, the reflectivity. At higher plasma temperatures, the element-unspecific radiation sounds much later. Although the intensity of the emitted, element-specific optical emission of the plasma also depends on the plasma intensity itself, since then more material is removed, but of course also on the nature of the ablated elements in the plasma. The end of the integration period should therefore be as far as possible so that just then the emitted spectral lines of the ablated elements have decayed in order not to additionally generate a noise signal. On the other hand, the beginning of the measurement of the spectral lines should begin as soon as possible after decay or reduction of the intensity of the element-unspecific temperature radiation of the plasma. Optimized measurement conditions can be achieved by re-measuring the plasma temperature prior to each analysis. If the additional effort is not to be operated, it is conceivable to determine the plasma temperature during the calibration with patterns and to set the integration time window accordingly.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Laserablation des Metallprodukts in einer Schutzgasatmosphäre, vorzugsweise in einer Edelgasatmosphäre. Bevorzugtes Edelgas ist beispielsweise Argon, welches nicht im Metallprodukt enthalten ist. Hierdurch wird ermöglicht, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise auch Elemente wie Kohlenstoff, Bor, Stickstoff oder Sauerstoff festzustellen.According to one further advantageous embodiment of the invention Method, the laser ablation of the metal product takes place in a protective gas atmosphere, preferably in a noble gas atmosphere. Preferred noble gas For example, argon is not included in the metal product is. This makes it possible with the inventive Process, for example, elements such as carbon, boron, nitrogen or to detect oxygen.

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Detektion einer Beschichtung eines sich bewegenden Metallprodukts dadurch gelöst, dass Mittel zur Strahlteilung eines Laserstrahls, Mittel zur Strahlführung von zwei Laserstrahlen und Mittel zur Erfassung der auf beiden Seiten des Metallprodukts erzeugten optischen Emission der Plasmen vorgesehen sind, welche die Laserablation im Bereich einer Kante des sich bewegenden Metallprodukts simultan von beiden Seiten des Metallprodukts her und die Analyse des Spektrums der optischen Emission des Plasmas ermöglichen.According to one second teaching of the present invention will be the above Task by a generic device for detecting a coating of a moving metal product solved by means for beam splitting a laser beam, Means for beam guidance of two laser beams and means for detecting the generated on both sides of the metal product optical emission of the plasmas are provided which the laser ablation in the region of an edge of the moving metal product simultaneously from both sides of the metal product and the analysis of the spectrum enable the optical emission of the plasma.

Wie bereits zuvor geschildert, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Detektion der Beschichtung simultan von beiden Seiten des Metallprodukts her, so dass insbesondere die Beschichtung im Bereich einer für eine Schweißnaht vorgesehenen und zuvor entschichteten Kante einer beschichteten Platine auf einfache Weise untersucht und festgestellt werden kann. Es ist so möglich, schnell und zuverlässig die Platine beispielsweise einer erneuten Entschichtung oder für das Verschweißen frei zu geben.As already described above, allows the invention Device a detection of the coating simultaneously of both Side of the metal product ago, so that in particular the coating in the area of one intended for a weld and previously debarked edge of a coated board to simple Can be studied and established. It's so possible, fast and reliable the board, for example, a renewed Decoating or for welding freely give.

Eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch vorteilhaft ausgestaltet, dass ein U-förmiger Messkopf vorgesehen ist, welcher ein zwischen den Schenkeln des U-förmigen Messkopfs angeordneten Messbereich aufweist und in welchem zumindest die Mittel zur Strahlteilung und Strahlführung sowie die Mittel zur Erfassung der erzeugten optischen Emission der Plasmen auf beiden Seiten des Metallprodukts vorgesehen sind. Der U-förmige Messkopf erlaubt eine einfache Positionierung des Metallprodukts zwischen den Schenkeln des Messkopfs und erlaubt einen besonders kompakten Aufbau der Messeinheit.A first embodiment of the device according to the invention is advantageously designed such that a U-shaped Measuring head is provided, which one between the thighs of the U-shaped measuring head arranged measuring range and in which at least the means for beam splitting and beam guidance and the means for detecting the generated optical emission the plasmas are provided on both sides of the metal product. The U-shaped measuring head allows easy positioning of the metal product between the legs of the measuring head and allowed a particularly compact construction of the measuring unit.

Sind gemäß einer nächsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung Mittel zur Strahlführung vorgesehen, welche die Laserstrahlen in einem von 90° abweichenden Winkel auf das Metallprodukt richten, kann ein gegenseitiges Beeinflussen der gegeneinander gerichteten Laserstrahlen sicher verhindert werden.are according to a next embodiment the device according to the invention means for beam guidance provided which the laser beams in a deviating from 90 ° Angle on the metal product, can influence one another the mutually directed laser beams are reliably prevented.

Die wirtschaftliche Vorbereitung von Metallprodukten, insbesondere von AlSi-beschichteten Metallprodukten, für eine Verschweißung an einer Kante kann dadurch verbessert werden, dass Mittel zur Erzeugung und Weiterleitung eines abhängig von den gemessenen Intensitäten der Spektrallinien generierten Steuersignals an eine Entschichtungsanlage vorgesehen sind. Dies kann die Prozesssicherheit beim Entfernen der Beschichtung deutlich verbessern.The economic preparation of metal products, in particular of AlSi-coated metal products, for welding on an edge can be improved by having means for generating and forwarding one depending on the measured intensities the spectral lines generated control signal to a decoating system are provided. This can be the process safety when removing significantly improve the coating.

Die Prozesssicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann im Hinblick auf Kontaminationen des Messkopfs und der Austrittsfenster der Laserstrahlen dadurch verbessert werden, dass Mittel zur Gas- oder Luftspülung des Messkopfs und optional der Austrittsfenster der Laserstrahlen vorgesehen sind. Die Spülung des Messkopfs bzw. der Austrittsfenster verhindert bzw. vermindert, dass sich dort feine Metallpartikel ablagern können. Diese werden durch den Luft- oder Gasstrom unmittelbar abtransportiert.The process reliability of the device according to the invention can be improved in terms of contamination of the measuring head and the exit window of the laser beams that means for gas or air purging of the measuring head and optionally the exit window of the laser beams are provided. The rinsing of the measuring head or the exit window prevents or reduces that there fei can deposit metal particles. These are transported away directly by the air or gas stream.

Die Festlegung des Integrationszeitraums während der Messung der Spektrallinien abhängig von der Temperatur des Plasmas wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass Mittel zur Bestimmung der Temperatur beider Plasmen vorgesehen sind. In diesem Fall können beispielsweise vor jeder Messung, d. h. mit jedem Laserpuls, die Plasmatemperatur gemessen und das Integrationszeitfenster zur Messung der Intensität der Spektrallinien neu festgelegt oder auch überprüft werden.The Defining the integration period during the measurement spectral lines depending on the temperature of the plasma is inventively achieved in that means are provided for determining the temperature of both plasmas. In this For example, before each measurement, i. H. with everybody Laser pulse, the plasma temperature measured and the integration time window redefined to measure the intensity of the spectral lines or be checked.

Zur Verbesserung der Signalqualität ist im Messkopf eine Mehrzahl an Spektrometern mit Fotomultipliern, beispielsweise CCD-/ICCD-/EMCCD-Detektoren, vorgesehen. Diese Anordnung ermöglicht insbesondere kurze Strahlengänge für das vom Plasma emittierte optische Licht, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung störunempfindlicher wird.to Improvement of the signal quality is a majority in the measuring head spectrometers with photomultipliers, for example CCD / ICCD / EMCCD detectors, intended. This arrangement allows in particular short Beam paths for the optical emitted by the plasma Light, so that the device according to the invention less sensitive to interference.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch weiter verbessert werden, dass für den Strahlengang der Laserstrahlen sowie für den Strahlengang der optischen Emission der Plasmen eine nachführbare Fokussieroptik vorgesehen ist und optional den Strahlengang der Laserstrahlen und den Strahlengang der optischen Emission der Plasmen zumindest teilweise koaxial führende optische Elemente vorgesehen sind. Die nachführbare Fokussieroptik erlaubt, dass eine Dickenänderung der Metallprodukte ohne großen Kalibrieraufwand vermessen werden können. Die die koaxiale Strahlführung ermöglichenden optischen Elemente sorgen dafür, dass die Intensitäten der emittierten optischen Strahlung der Plasmen unempfindlicher gegenüber Abstandsänderungen des zu untersuchenden Metallprodukts werden.After all the device according to the invention can thereby be further improved that the beam path of the Laser beams as well as for the optical path of the optical Emission of plasmas provided a tracking focusing optics is and optionally the beam path of the laser beams and the beam path the optical emission of the plasmas leading at least partially coaxially optical elements are provided. The trackable focusing optics allows a change in thickness of the metal products without large calibration effort can be measured. The coaxial beam guidance enabling optical elements ensure that the intensities the emitted optical radiation of the plasmas less sensitive to changes in the distance of the examined Become a metal product.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt inIt now gives a variety of ways, the invention Method and the device according to the invention to design and develop. Reference is made on the one hand to the claims subordinate to claims 1 and 10, on the other hand, to the description of an embodiment in conjunction with the drawing. The drawing shows in

1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Bewegungsrichtung des Metallprodukts, 1 a schematic plan view of an embodiment of the device according to the invention in the direction of movement of the metal product,

2 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels aus 1. 2 a side view of the embodiment 1 ,

1 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Detektion einer Beschichtung eines sich bewegenden Metallprodukts 2. Das Metallprodukt 2 weist eine Beschichtung 2a auf, die im Bereich einer Kante 3 des Metallprodukts 2 zuvor in einer nicht dargestellten Entschichtungsanlage entfernt worden ist. Erfindungsgemäß wird nun im Bereich der Kante 3 ein Laserstrahl 4a, 4b auf die Oberfläche des Metallprodukts 2 gerichtet, so dass Partikel des Metallprodukts laserablatiert werden. Das dabei gezündete Plasma im Bereich der Kante 3 des Metallprodukts emittiert, nicht nur elementunspezifische Temperaturstrahlung, sondern auch Spektrallinien, emittiert von im Plasma enthaltenen, angeregten Elementen aus dem Metallprodukt. 1 shows a schematic embodiment of the device according to the invention 1 for detecting a coating of a moving metal product 2 , The metal product 2 has a coating 2a on that in the area of an edge 3 of the metal product 2 previously removed in a stripping system, not shown. According to the invention is now in the region of the edge 3 a laser beam 4a . 4b on the surface of the metal product 2 directed, so that particles of the metal product are laser ablated. The thereby ignited plasma in the area of the edge 3 of the metal product emits not only element-specific temperature radiation but also spectral lines emitted from excited metal elements contained in the plasma.

Mittel zur Erfassung der optischen Emissionen des Plasmas 5a, 5b, 6a, 6b und 7a, 7b sind in dem U-förmigen Messkopf 8 enthalten und können simultan das auf beiden Seiten emittierte Plasma getrennt voneinander auswerten. 7a und 7b stellen Spektrometer dar, welche die optischen Emissionen des Plasmas spektralanalysieren und die Intensitäten der elementspezifischen Spektrallinien messen. Beispielsweise können diese Spektrometer spezifisch auf eine oder mehrere Spektrallinien eines einzigen Elements einer spezifischen Beschichtung, beispielsweise Aluminium oder Silizium, wobei optional eine Referenzierung der Signale der beschichtungsspezifischen auf die der grundwerkstoffspezifischen Elemente (Fe, im Fall von Stahl/Stahllegierung als Substrat) erfolgen kann, ausgerichtet sein, so dass der Aufbau besonders kompakt ausfallen kann. Andererseits können aufwendigere Spektrometer auch einen breiten Wellenlängenbereich vermessen und die Spektrallinien einer Mehrzahl von Elementen detektieren. Die optischen Elemente 5a, 6a sowie 5b und 6b sind symmetrisch auf beiden Seiten aufgebaut, so dass die Messungen auf beiden Seiten des Metallprodukts sehr gut miteinander vergleichbar sind. Hierdurch kann festgestellt werden, ob Reste der Beschichtung 2a im Bereich der Kante 3 vorhanden sind oder nicht. Den gleichen symmetrischen Aufbau zeigt auch der Strahlengang der Laserstrahlen, welcher sich in zwei Laserstrahlen 9a und 9b aufteilt. Zur Aufteilung der Laserstrahlen werden Dünnfilmpolarisatoren verwendet, welche eine sehr gute Aufteilung der Laserstrahlen in jeweils zwei energiegleiche Laserstrahlen 9a, 9b durch die Verwendung von Dünnfilmpolarisatoren 10 erreicht. In jedem Strahlengang ist darüber hinaus noch eine nachführbare Fokussieroptik 11a, 11b angeordnet, welche ebenfalls symmetrisch aufgebaut ist und eine Anpassung des Laserstrahls an beispielsweise verschiedene Dicken bzw. verschiedene Positionen des Metallprodukts 2 ermöglicht. Die aufgeteilten Laserstrahlen 9a und 9b werden vorwiegend über reflektive optische Elemente 5a und 5b durch die Austrittsfenster 12a und 12b geführt, welche mit Luft oder mit einem Gas gespült werden, um Verschmutzungen durch Ablagerung von abgetragenen Partikeln von der Oberfläche des Metallprodukts 2 zu verhindern. Die Mittel zur Durchführung der Luft- oder Gasspülung der Austrittsfenster 12a und 12b sowie des gesamten Messkopfs 1 sind in der 1 nicht dargestellt. Die durch die Austrittsfenster 12a und 12b geführten Laserstrahlen 4a und 4b treffen auf das Metallprodukt 2 in einem von 90° abweichenden Winkel auf die Oberfläche des Metallprodukts 2. Vorliegend sind die Laserstrahlen 4a und 4b beispielsweise in oder gegen die Bewegungsrichtung des Metallprodukts 2 geneigt, so dass eine Beeinflussung bzw. ein Einstrahlen des einen Laserstrahls 4a in die Optik des anderen Laserstrahls 4b verhindert wird. Darüber hinaus sind optische Elemente 13a und 13b im Strahlengang der Laserstrahlen 4a und 4b vorgesehen, welche das vom Plasma emittierte Licht koaxial zu den Laserstrahlen auffangen und durch die optischen Elemente 5a und 5b an einen Spiegel 6a und 6b weiterleiten, welcher die emittierte Strahlung auf eine Fasereinkopplung 14a und 14b lenkt. Anschließend wird das vom Plasma emittierte Licht, welches die gesuchten Spektrallinien enthält, über Lichtleiterfasern 15a und 15b an die Spektrometer 7a und 7b weitergeleitet.Means for detecting the optical emissions of the plasma 5a . 5b . 6a . 6b and 7a . 7b are in the U-shaped measuring head 8th and simultaneously evaluate the plasma emitted on both sides separately. 7a and 7b represent spectrometers that spectrally analyze the optical emissions of the plasma and measure the intensities of the element-specific spectral lines. For example, these spectrometers can be specific to one or more spectral lines of a single element of a specific coating, for example aluminum or silicon, with optionally a referencing of the signals of the coating-specific to the material-specific elements (Fe, in the case of steel / steel alloy as a substrate), be aligned so that the structure can be very compact. On the other hand, more expensive spectrometers can also measure a broad wavelength range and detect the spectral lines of a plurality of elements. The optical elements 5a . 6a such as 5b and 6b are symmetrically constructed on both sides so that the measurements on both sides of the metal product are very similar to each other. In this way it can be determined whether residues of the coating 2a in the area of the edge 3 exist or not. The same symmetrical structure also shows the beam path of the laser beams, which is in two laser beams 9a and 9b divides. For the division of the laser beams thin film polarizers are used, which a very good distribution of the laser beams in two energy equal laser beams 9a . 9b through the use of thin film polarizers 10 reached. In addition, there is a trackable focusing optics in each beam path 11a . 11b arranged, which is also symmetrical and an adaptation of the laser beam to, for example, different thicknesses or different positions of the metal product 2 allows. The split laser beams 9a and 9b become predominantly via reflective optical elements 5a and 5b through the exit windows 12a and 12b which are purged with air or with a gas to remove soiling by deposition of removed particles from the surface of the metal product 2 to prevent. The Means for carrying out the air or gas purging of the exit windows 12a and 12b as well as the entire measuring head 1 are in the 1 not shown. The through the exit window 12a and 12b guided laser beams 4a and 4b meet the metal product 2 at an angle other than 90 ° to the surface of the metal product 2 , In the present case are the laser beams 4a and 4b for example, in or against the direction of movement of the metal product 2 inclined, so that an influence or a radiation of a laser beam 4a into the optics of the other laser beam 4b is prevented. In addition, they are optical elements 13a and 13b in the beam path of the laser beams 4a and 4b provided which collect the light emitted by the plasma coaxially with the laser beams and through the optical elements 5a and 5b to a mirror 6a and 6b forward, which the emitted radiation on a fiber coupling 14a and 14b directs. Subsequently, the light emitted by the plasma, which contains the wanted spectral lines, via optical fibers 15a and 15b to the spectrometers 7a and 7b forwarded.

Die Laserquelle ist an den Messkopf 8 über eine Laserquellenanbindung 16 angebunden und kann insofern auf einfache Weise vom Messkopf 8 entfernt werden. Die Laserquelle 17, angekoppelt an den Messkopf, zeigt schematisch die in 2 dargestellte Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 aus 1. Wie in 2 zu erkennen ist, wird das Metallprodukt 2 zwischen den Schenkeln des U-förmigen Messkopfs 8 hindurchgeführt, so dass die Laserstrahlen den von einer Entschichtungsanlage bereits entschichteten Teil der Kante 3 des Metallprodukts 2 vermessen. Das Metallprodukt 2 wird hierzu an den Laserstrahlen bzw. an dem Messkopf 8 vorbeigeführt. Vorstellbar ist aber genau so, dass der Messkopf am fest stehenden Metallprodukt 2 vorbeigeführt werden kann. Stark rudimentär ist in der 2 zudem noch dargestellt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ein Steuersignal an eine Entschichtungsanlage 18 abhängig von der Messung, ob eine Beschichtung vorhanden ist oder nicht, liefert. Die Entschichtungsanlage kann insofern bei noch verbleibenden Beschichtungsresten durch die nachfolgende Entschichtungskontrolle mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert werden.The laser source is at the measuring head 8th via a laser source connection 16 connected and so far in a simple way from the measuring head 8th be removed. The laser source 17 , coupled to the measuring head, schematically shows the in 2 shown side view of the embodiment of the device according to the invention 1 out 1 , As in 2 It can be seen, the metal product 2 between the legs of the U-shaped measuring head 8th passed through, so that the laser beams to the already debranched by a decoating part of the edge 3 of the metal product 2 measured. The metal product 2 This is done on the laser beams or on the measuring head 8th past. But it is conceivable that the measuring head on the fixed metal product 2 can be passed. Strong rudimentary is in the 2 also shown that the inventive device 1 a control signal to a stripping plant 18 depending on the measurement of whether a coating is present or not. In this respect, the stripping plant can be controlled with remaining coating residues by the subsequent stripping control with the device according to the invention or with the method according to the invention.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004042155 A1 [0002]

Claims

A method of detecting a coating of a moving metal product using a laser emission spectrometry method in which at least one laser pulse is directed to the surface of the metal product, a plasma is generated on the surface of the metal product with partial laser ablation of surface material of the metal product, and the optical emission of the plasma is analyzed to measure intensities of spectral lines originating from elements ablated by the plasma from the surface of the metal product and to at least partially determine the surface composition of the metal product, characterized in that the laser ablation is in the region of an edge of the metal product moving metal product is performed simultaneously from both sides of the metal product, simultaneously analyzing the optical emission of the plasma generated on each side of the metal product.

Method according to claim 1, characterized in that that a single laser source is used, the laser beam is split symmetrically into two laser beams and the resulting Laser beams on opposite sides of the examined Be directed edge of the metal product, optionally with the laser beams at an angle other than 90 ° to the surface of the metal product.

Method according to claim 1 or 2, characterized that both laser beams symmetrically constructed Strahlumlenk- and Go through focusing means and optionally optical elements in each Beam path for adapting the respective laser beam to different Sheet thicknesses are used.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that a U-shaped measuring head is used, optionally the measuring head itself and / or the Exit window for the laser beams air-flushed are.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the emitted from the plasma optical Radiation on each side of the metal product over symmetrical assembled optics coupled into two identical fibers and on the spectrometer is forwarded.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that laser beams and the optical emission of the plasma are guided coaxially.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that from the measured intensities the spectral lines a control signal for a decoating system is determined.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the analysis of the spectrum of the optical emission of the plasma the beginning and / or the end of the Period in which the intensities of the spectral lines be integrated, depending on the temperature of the plasma chosen is, optionally with the measurement of the temperature of the plasma before each analysis is done again.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the laser ablation of the metal product in a protective gas atmosphere, preferably in a noble gas atmosphere he follows.

Device for detecting a coating of a moving metal product by using a laser emission spectrometry method with a laser source and elements for optical beam guidance the laser beams and means for detecting and analyzing the by the plasma emitted optical radiation emitted to intensities To measure spectral lines, which from the surface of the Metal product derived ablated elements and at least partially to determine the surface composition of the metal product, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 9, characterized in that means for beam splitting a laser beam, means for beam guidance of two laser beams and means of detection on both sides provided the metal product produced optical emission of the plasmas which are the laser ablation in the area of an edge of the moving Metal product simultaneously from both sides of the metal product ago and the analysis of the optical emission spectrum of the plasma enable.

Apparatus according to claim 10, characterized in that a U-shaped measuring head ( 8th ) is provided, which one between the legs of the U-shaped measuring head ( 8th ) arranged measuring range and in which at least the means ( 10 ) for beam splitting and beam guidance ( 10b . 11a . 11b . 13a . 13b . 5a . 5b ) and the funds ( 13a . 13b . 5a . 5b . 6a . 6b . 14a . 14b . 15a . 15b . 7a . 7b ) are provided for detecting the generated optical emission of the plasmas on both sides of the metal product.

Device according to claim 10 or 11, characterized in that means ( 5a . 5b ) are provided for beam guidance, which the laser beams at a deviating from 90 ° angle to the metal product ( 2 ) judge.

Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that means ( 19 ) to He Generation and forwarding of a depending on the measured intensities of the spectral lines generated control signal to a decoating system ( 18 ) are provided.

Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that means for gas or air purging of the measuring head ( 8th ) and optionally the exit window ( 12a . 12b ) of the laser beams ( 4a . 4b ) are provided.

Device according to one of claims 10 to 14, characterized in that means ( 7a . 7b ) are provided for determining the temperature of both plasmas.

Device according to one of claims 10 to 15, characterized in that a plurality of spectrometers ( 7a . 7b ) with photomultipliers in the measuring head ( 8th ) is provided.

Device according to one of claims 10 to 16, characterized in that for the beam path of the laser beams as well as for the beam path of the optical emission of the plasma, a trackable focusing optics ( 11a . 11b ) is provided and optionally the beam path of the laser beams and the optical path of the optical emission of the plasmas at least partially coaxial optical elements ( 6a . 6b . 5a . 5b . 13a . 13b ) are provided.