-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Dicke platten- oder bandförmiger Werkstücke. Sie kann insbesondere vorteilhaft in Walzwerken eingesetzt werden, in denen metallische Bänder auf vorgegebene Maße bezüglich der Dicke der Bänder gewalzt und solche Bänder dann für die Weiterverarbeitung an Kunden, als Halbzeug ausgeliefert werden können. Dabei ist es für die Hersteller von Bedeutung die jeweilige Dicke der gewalzten Metallbänder in sehr engen Toleranzen einhalten zu können. Da eine Regelung des Walzprozesses in Abhängigkeit der zeitnah gemessenen Dicke erfolgen soll, muss die Dickenbestimmung mit ausreichender Messgenauigkeit und mit entsprechend hoher zeitlicher Auflösung der Messsignale erfolgen.
-
Als ein geeignetes Messprinzip für eine berührungslose Dickenbestimmung solcher platten- oder bandförmigen metallischen Werkstücke unmittelbar an solchen Walzstraßen hat sich der Einsatz von Teilchenstrahlung in Form von Röntgenstrahlung oder Isotopenstrahlung etabliert.
-
Dabei wird die Teilchenstrahlung auf die jeweilige Oberfläche eines solchen platten- oder bandförmigen Werkstückes gerichtet, wobei dies im Wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Oberfläche in Bezug zur Vorschubachsrichtung des bewegten Werkstücks erfolgt. Dabei soll die Detektion über die gesamte Breite des Werkstücks möglich sein. Hierfür sind auf der anderen Seite des platten- oder bandförmigen Werkstücks an Detektoren, die die Intensität der das platten- oder bandförmigen Werkstück durchstrahlten Teilchenstrahlung, als repräsentatives Messsignal für die jeweilige Dicke des metallischen platten- oder bandförmigen Werkstücks bestimmen, in einer Reihenanordnung über die Breite des Werkstücks angeordnet.
-
Bei bekannter konstanter Ausgangsintensität, der von einer Strahlungsquelle emittierten Teilchenstrahlung wird in Abhängigkeit von der Dicke eines platten- oder bandförmigen Werkstücks ein mehr oder weniger großer Anteil an Teilchenstrahlung innerhalb des Werkstoffes des Werkstücks absorbiert, so dass eine entsprechend reduzierte Intensität der Teilchenstrahlung mit den jeweiligen Detektoren erfasst und als Maß der durchstrahlten Dicke des Werkstücks ortsaufgelöst über die Breite des Werkstücks ausgenutzt werden kann.
-
Es werden Strahlungsquellen eingesetzt, die die Teilchenstrahlung divergent als Fächer auf die Oberfläche des Werkstücks strahlen. Die Strahlung trifft dann mit unterschiedlichen Einfallswinkeln an den jeweiligen Positionen unter Berücksichtigung des Abstandes der jeweiligen Position zur Zentralstrahlachse der Strahlungsquelle, in der die Teilchenstrahlung senkrecht auf die Werkstückoberfläche auftrifft, auf. Unter Berücksichtigung des Einfallswinkels durchdringt die Teilchenstrahlung den Werkstoff des Werkstücks im Wesentlichen in Richtung des Einfallswinkels und legt dementsprechend lange Wege beim Durchdringen des Werkstücks zurück, wodurch wiederum die Absorption entsprechend der Weglänge größer oder kleiner ist. Dies kann unter Nutzung von an sich bekannten trigonometrischer Berechnung bei der Auswertung der einzelnen mit Detektoren erfassten Messsignale korrigiert werden.
-
Bei Werkstücken mit erhöhter Breite, z. B. größer 1000 mm, kann die gesamte Breite mit einer Strahlungsquelle nicht abgedeckt werden. Aus diesem Grunde werden mindestens zwei Strahlungsquellen, die in einer Achse und in einem Abstand zueinander angeordnet sind, eingesetzt, mit denen Teilchenstrahlung auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet wird. In Folge der Divergenz der von den beiden Strahlungsquellen emittierten Teilchenstrahlung kommt es dazu, dass in einem Überlappungsbereich Teilchenstrahlung beider Strahlungsquellen auf die Oberfläche des Werkstücks auftrifft. Eine solche Überlappung wird dabei in Kauf genommen um mit hoher Sicherheit eine Dickenbestimmung über die gesamte Breite eines Werkstücks vornehmen zu können, da eine exakte Anordnung der Strahlungsquellen, die einen freien nicht bestimmten Bereich zwischen den beiden Strahlenfächern vermeidet, nicht möglich ist.
-
Die mit den Detektoren, die in diesem Überlappungsbereich angeordnet sind, erfassten Messsignale sind daher keiner der beiden den Überlappungsbereich bestrahlenden Strahlungsquellen zuzuordnen. Hinzu kommt dabei auch die Tatsache, dass an einigen Positionen der Werkstückoberfläche Teilchenstrahlung einer Strahlungsquelle mit einem Einfallswinkel auftrifft, der vom Einfallswinkel der von der anderen Strahlungsquelle emittierten Teilchenstrahlung abweicht. In diesen Fällen ist es nicht möglich mittels trigonometrischer Berechnung eine ausreichend genaue Dickenbestimmung vornehmen zu können.
-
Um diese Nachteile zu vermeiden wurde in
DE 26 18 906 A1 vorgeschlagen Röntgenstrahlungsquellen, als Strahlungsquellen alternierend ein und auszuschalten. Es wird also zu einem Zeitpunkt lediglich Strahlung einer Röntgenstrahlungsquelle emittiert, während die andere Röntgenstrahlungsquelle ausgeschaltet ist. Hierbei ist das schlechte Ansprechverhalten der Röntgenstrahlungsquellen nach dem Ein- und Ausschalten nachteilig.
-
In ähnlicher Form soll nach der in
WO 94/03776 A1 beschriebenen technischen Lehre vorgegangen werden. Dementsprechend soll zwar kein Ein- und Ausschalten durchgeführt, sondern mit so genannten sich um eine Achse rotierenden „Choppern” aus Blei, die im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Werkstückoberfläche vor jeder Strahlungsquelle angeordnet sind, der gleiche Effekt erreicht werden. Dabei sind in den „Choppern” (Unterbrecherräder) Fenster oder freie Bereiche und die Strahlung sperrende Bereiche aus Blei vorhanden.
-
In diesen beiden Fällen ist es nachteilig, dass es Zeiträume gibt, in denen keine Strahlung auf Detektoren auftrifft. Die Detektoren weisen aber prinzipbedingt eine Zeitkonstante auf und auch eine Ansprechzeit auf, die für den Anstieg des detektierten Messsignals ausgehend von „Null” nicht linear sondern bis zum Erreichen der Amplitude progressiv ist. Es kommt daher zu Informationsverlusten, da die erreichbare Abtastrate entsprechend kleiner ist.
-
Bei der technischen Lösung mit den „Choppern” ist es problematisch, die eingesetzten „Chopper” ausreichend synchron zu drehen, um die gewünschte alternierende getrennte Detektion erreichen zu können. Außerdem stellt die Antriebsmechanik für die rotierenden „Chopper” bei einem Dauerbetrieb, der ja erforderlich ist, eine Schwachstelle dar.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Genauigkeit bei der Dickenbestimmung platten- oder bandförmiger Werkstücke bei Einsatz von mindestens zwei Strahlungsquellen, die gemeinsam Teilchenstrahlung auf einen Überlappungsbereich richten, zu erhöhen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
-
Die Erfindung geht dabei von zumindest einem ähnlichen Aufbau, wie er aus dem vorab bereits erwähnten Stand der Technik bekannt ist, aus, was insbesondere die Anordnung der Strahlungsquellen und der Detektoren in Bezug zu einem zu prüfenden Werkstück betrifft.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von zwei in einem Abstand zueinander angeordneten Strahlungsquellen von einer Seite fächerförmige Teilchenstrahlung durch den Werkstoff eines Werkstücks auf mehrere in einer Reihe und auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks angeordnete Detektoren gerichtet. Mit den Detektoren erfolgt eine Detektion der Intensität der beim Durchdringen des Werkstücks zumindest teilweise absorbierten Teilchenstrahlung. Die Teilchenstrahlung wird dabei von den Strahlungsquellen so auf die Oberfläche gerichtet, dass ein Überlappungsbereich vorhanden ist, der mit Teilchenstrahlung beider Strahlungsquellen bestrahlt wird. Bei breiteren Werkstücken können auch mehr als zwei Strahlungsquellen mit entsprechenden Abständen zueinander angeordnet werden, so dass eine Bestrahlung über die gesamte Werkstückbreite, beispielsweise senkrecht zur Vorschubachsrichtung bei der Bewegung des Werkstücks, erreicht ist. In jedem Fall tritt aber ein Überlappungsbereich nur durch Bestrahlung von zwei Strahlungsquellen auf. Es können also auch mehrere Überlappungsbereiche durch Bestrahlung vorhanden sein, die einen Abstand zueinander aufweisen. Die Strahlung, die von mindestens zwei Strahlungsquellen emittiert wird, kann auch so emittiert werden, dass ein oder mehrere Überlappungsbereiche über die gesamte Breite eines Werkstücks reichen. Dadurch kann der Rauschanteil der detektierten Messsignale reduziert und es können zusätzlich räumliche Informationen über die Lage des Werkstücks erhalten werden.
-
Die Teilchenstrahlung einer der Strahlungsquellen wird mit sich dabei verändernder Intensität moduliert auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet und gleichzeitig wird die von der jeweils anderen Strahlungsquelle emittierte Teilchenstrahlung entweder mit konstanter Intensität oder mit einer davon abweichenden Frequenz moduliert auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet. Bei einer Modulation kann die Intensität zeitlich verändert werden. Bei einer Modulation kann die Amplitude der emittierten Teilchenstrahlung verändert werden.
-
Die Messsignale zumindest der dem Überlappungsbereich zugeordneten Detektoren werden an eine die modulierten von den nicht oder davon abweichend modulierten detektierten Messsignale voneinander trennende elektronische Auswerteeinheit übertragen und nach der Trennung der Messsignale wird die Bestimmung der Dicke des Werkstücks über seine gesamte Breite durchgeführt. Die Dickenbestimmung kann dabei mit Messsignalen der Detektoren, die nicht innerhalb des Überlappungsbereichs angeordnet sind, in herkömmlicher Form erfolgen, wie im einleitenden Teil der Beschreibung erwähnt.
-
Für Messsignale, die mit Detektoren, die dem Überlappungsbereich zugeordnet sind, erfasst worden sind, wird die Dickenbestimmung mit den voneinander getrennten Messsignalen durchgeführt. Dabei kann die Dickenbestimmung mit den auf die Oberfläche des Werkstücks auftreffenden Teilchenstrahlungen der beiden Strahlungsquellen getrennt voneinander und dabei auch unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Einfallswinkel durchgeführt werden. Die Dickenbestimmung kann dabei mit allen Messsignalen dieser Detektoren durchgeführt werden. Es besteht die Möglichkeit die Dicke für jeden einzelnen dieser Detektoren mit beiden Messsignalen nach der Trennung, bevorzugt durch Mittelwertbildung, zu bestimmen.
-
Es kann aber auch lediglich eine Dickenbestimmung mit einer Gruppe der Messsignale für Teilchenstrahlung einer der beiden Strahlungsquellen durchgeführt werden.
-
In dritter Alternative können die getrennten Messsignale für eine Dickenbestimmung so genutzt werden, dass bis zu einem vorgegebenen Einfallswinkel die Messsignale, die für eine von einer Strahlungsquelle emittierte Teilchenstrahlung und mit entsprechend entgegen gesetzter Einfallsrichtung und -winkel die Messsignale für Teilchenstrahlung der anderen Strahlungsquelle berücksichtigt werden.
-
Die Modulation der von beiden Strahlungsquellen emittierten Teilchenstrahlung sollte dabei so durchgeführt werden, dass beim Bestrahlen temporär Teilchenstrahlung, die von beiden Strahlungsquellen emittiert wird, gleichzeitig auf den Überlappungsbereich auftrifft. Dadurch kann die Zeit verkürzt oder es kann sogar vollständig vermieden werden, dass es keine zumindest aber kürzere Zeiträume gibt, in denen keine Teilchenstrahlung auf Detektoren auftrifft, die dem Überlappungsbereich zugeordnet sind. Die Detektoren sind dementsprechend bei der Dickenbestimmung immer oder über gegenüber dem Stand der Technik einer längeren Zeit in einem angeregten Zustand, so dass ihr zeitliches Ansprechverhalten besser ausgenutzt werden kann, was insbesondere bei den üblicherweise eingesetzten Szintilationszählern, Zählrohren oder Halbleiterdetektoren von Bedeutung ist.
-
Als Strahlungsquellen können Röntgenstrahlungsquellen oder Isotopenquellen eingesetzt werden. Bei beiden Arten der Strahlungsquellen kann für die Intensitätsmodulation der Teilchenstrahlung für eine oder beide Strahlungsquellen ein zwischen der jeweiligen Strahlungsquelle und dem Werkstück angeordnetes Unterbrecherrad, das um eine bevorzugt senkrecht zur Werkstückoberfläche ausgerichtete Rotationsachse rotiert, eingesetzt werden. Mit einem solchen Unterbrecherrad wird der Strahlengang durch am Unterbrecherrad vorhandene Fenster, Schlitze oder Durchbrechungen in Richtung Werkstückoberfläche bei der Rotation freigegeben, so dass Teilchenstrahlung in einer entsprechenden Position auf die Werkstückoberfläche auftreffen kann. Zwischen Fenstern, Schlitzen oder Durchbrechungen ist ein Werkstoff vorhanden, der von der Teilchenstrahlung nicht oder nur sehr stark abgeschwächt durchdrungen werden kann.
-
Für eine unterschiedliche Modulation für die Bestrahlung im Überlappungsbereich kann für zwei Unterbrecherräder in gleicher Ausführung eine unterschiedliche Drehzahl bei deren Rotation gewählt werden.
-
Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Anzahl, den Abstand, die Größe der freien Fläche und/oder den Radius der Anordnung von Fenstern, Schlitzen oder Durchbrechungen an den beiden Unterbrecherrädern jeweils anders zu wählen. Dabei können dann die beiden Unterbrecherräder auch mit gleicher oder eben auch unterschiedlicher Drehzahl rotieren. Es sollte jedoch vermieden werden, dass es zu Überlagerungen kommt, in dem beispielsweise eine Frequenz für eine Strahlungsquelle moduliert wird, die einem ganzzahligen Vielfachen der anderen Strahlungsquelle entspricht. Mit der Anordnung, den Abständen, den Größen freier Flächen von Fenstern, Schlitzen oder Durchbrechungen kann auch eine Frequenzmodulation der auf die Oberfläche des Werkstücks emittierten Strahlung erreicht werden.
-
Im Gegensatz zu Isotopenstrahlungsquellen können Röntgenstrahlungsquellen so betrieben werden, dass die daraus emittierte Teilchenstrahlung bereits moduliert worden ist. Besonders vorteilhaft kann dabei so vorgegangen werden, dass diese Modulation nicht durch ein alternierendes Ein- und Ausschalten erfolgt, wie dies auch beim Stand der Technik vorgeschlagen worden ist.
-
Es kann dabei eine Röntgenstrahlungsquelle mit steuerbarem Wehneltzylinder eingesetzt werden, bei der es möglich ist, den auf eine Anode gerichteten Elektronenstrahl zu beeinflussen, wodurch dann die Intensität der emittierten Röntgenstrahlung entsprechend moduliert verändert werden kann.
-
Für eine Modulation emittierter Röntgenstrahlung ist es besonders vorteilhaft, den auf die Anode der Röntgenstrahlungsquelle gerichteten Elektronenstrahl mit einem mit der Modulationsfrequenz betriebenen elektromagnetischen Wechselfeld so abzulenken, dass in Folge der Ablenkung temporär keine Röntgenstrahlung oder Röntgenstrahlung mit reduzierter Intensität emittiert wird. Dies kann so erreicht werden, dass mit mindestens einem geeigneten Element, beispielsweise einer elektrischen Spule oder einem Elektromagneten, das zwischen der Elektronenquelle und der Anode der Röntgenstrahlungsquelle ein elektromagnetisches Wechselfeld mit einer bestimmten Frequenz generiert werden kann, der Elektronenstrahl abgelenkt werden kann. Er kann dabei so abgelenkt werden, dass er auf einen keine Röntgenstrahlung oder zumindest in Richtung Werkstück reduzierter Intensität emittierenden Bereich der Anode abgelenkt wird. Dies kann z. B. eine an der Anode ausgebildete Vertiefung oder auch ein Bereich, der aus einem anderen für die Emission von Röntgenstrahlung nicht geeigneten Werkstoff. gebildet ist, sein. Mit dem Wechsel der magnetischen Feldstärke kann der Elektronenstrahl für die Modulation der Röntgenstrahlung hin und her ausgelenkt werden.
-
Die Elektronenquelle kann so immer konstant betrieben werden. Da als Elektronenquelle üblicherweise ein elektrischer Heißleiter eingesetzt wird, kann dieser beim Betrieb mit konstanter Leistung betrieben werden. Gleichzeitig kann die Ablenkung des Elektronenstrahls in der vorab beschriebenen Form durchgeführt werden. Dies ist aber deutlich schneller möglich, da die Frequenz für die gewünschte Veränderung des elektrischen oder elektromagnetischen Wechselfeldes sehr groß gewählt werden kann und der Wechsel mit kleiner Zeitkonstante möglich ist, Es sind für die Auslenkung des Elektronenstrahls auch kleine Feldstärkedifferenzen erforderlich, um eine alternierende Auslenkung des Elektronenstrahls zu erreichen, bei der alternierend wechselnd Strahlung nicht oder mit reduzierter Intensität in Richtung der bestrahlten Werkstückoberfläche emittiert wird.
-
Mit einer so betreibbaren Röntgenstrahlungsquelle kann neben der Intensität/Amplitude auch eine Frequenzmodulation vorgenommen werden.
-
Für die alternierende Auslenkung des Elektronenstrahls mit geeigneter Modulationsfrequenz, beispielsweise einer Frequenz im Bereich 500 Hz bis 1000 Hz, kann z. B. mit einem elektrischen oder elektromagnetischen Feld, das durch ein Helmholtz Spulen-Paar oder ein Joch an den Elektronenstrahl herangeführt/ausgebildet wird, eingesetzt werden. Dabei können die Elektronen des Elektronenstrahls mit einer Energie im Bereich 15 keV bis 225 keV beschleunigt werden.
-
Um eine sichere Trennung der mit den im Überlappungsbereich angeordneten Detektoren erfassten Messsignalen beider Strahlungsquellen zu erreichen, sollten die beiden Modulationsfrequenzen in einem ausreichendem Maß voneinander abweichen.
-
Die Differenz der Modulationsfrequenzen bei gleichzeitig von zwei Strahlungsquellen in unterschiedlicher Form auf einen Überlappungsbereich gerichteten Strahlungen sollte mindestens so groß, wie der Kehrwert der Zeitkonstante des Ausgangsmesssignalwertes, die sich aus der Bandbreite des Gesamtsystems ergibt. Die Differenz kann dabei also so groß, wie die Bandbreite des Ausgangsmesssignals sein.
-
Die Trennung der modulierten von nicht modulierten Messsignalen kann beispielsweise mit einer Lock-in-Elektronik erreicht werden, an die die Messsignale der den Überlappungsbereich zugeordneten Detektoren übertragen werden. Die Trennung erfolgt dann in dieser Lock-In-Elektronik. Dabei können Lock-In- oder Synchronverstärkerverfahren genutzt werden. Neben einer solchen analogen Trennung ist dies aber auch mit vorab digitalisierten Messsignalen in digitaler Form möglich.
-
Alle anderen Messsignale, die von mit nicht dem Überlappungsbereich zu geordneten Detektoren erfasst werden, können in herkömmlicher Form ausgewertet und dabei die Dickenbestimmung ortsaufgelöst auch außerhalb des Überlappungsbereichs durchgeführt werden.
-
Im Fall, dass lediglich Strahlung einer Strahlungsquelle in modulierter Form auf die Werkstückoberfläche in einen Überlappungsbereich emittiert wird, können die Messsignale in folgender Form getrennt werden. Der modulierte Anteil der Messsignale kann durch das bereits beschriebene Lock-In-Verfahren extrahiert/getrennt werden. Der nicht modulierte Strahlungsanteil kann mittels eines Tiefpass-Filters vom modulierten Anteil getrennt werden. Unter einem Lock-In kann dabei ein extrem schmalbandiger Bandpassfilter verstanden werden.
-
Mit der Erfindung kann die erreichbare Zeitauflösung bei gleichzeitiger sicherer Trennung der Strahlungsanteile der von zwei Strahlungsquellen emittierten Teilchenstrahlung bei der Dickenbestimmung verbessert werden.
-
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
-
Dabei zeigen:
-
1 in schematischer Form eine Anordnung von Strahlungsquellen und Detektoren zur Dickenbestimmung;
-
2 in schematischer Form eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anordnung;
-
3 in schematischer Form eine Möglichkeit für eine Auslenkung eines Elektronenstrahls einer Röntgenstrahlungsquelle, mit der eine Frequenzmodulation der von der Röntgenstrahlungsquelle emittierten Strahlung möglich ist und
-
4 in schematischer Form eine Möglichkeit zur analogen Trennung von mit modulierter Strahlung detektierten Messsignalen.
-
Mit 1 soll prinzipiell gezeigt werden, wie mit zwei Strahlungsquellen 1.1 und 1.2 Teilchenstrahlung fächerförmig auf die Oberfläche eines hier bandförmigen Werkstücks 2, wie es in einem Walzwerk verarbeitet wird, zur Dickenbestimmung gerichtet wird.
-
Die Strahlungsquellen 1.1 und 1.2 sind dabei so in Bezug zum Werkstück 2 und in einem Abstand zueinander angeordnet, dass das Werkstück 2 zumindest fast vollständig über seine gesamte Breite senkrecht zur Vorschubachsrichtung der Werkstückbewegung bestrahlt werden kann.
-
Die Teilchenstrahlung durchdringt dabei den Werkstoff des Werkstücks 2 und trifft auf auf der anderen Seite des Werkstücks 2 angeordnete Detektoren 4 auf. Die Detektoren 4 sind in mindestens einer Reihe auf einer gemeinsamen Achse angeordnet. Die Anordnung ist dabei äquidistant, zumindest sind jedoch die Positionen der einzelnen Detektoren 4 für eine ortsaufgelöste Dickenbestimmung bekannt.
-
Wie aus 1 erkennbar, werden drei Oberflächenbereiche 3.1, 3.2 und 3.3 des Werkstücks 2 bestrahlt. Auf den Bereich 3.1 trifft ausschließlich Teilchenstrahlung der Strahlungsquelle 1.1 und auf den Bereich 3.3 ausschließlich Teilchenstrahlung der Strahlungsquelle 1.2 auf. Teilchenstrahlung beider Strahlungsquellen 1.1 und 1.2 trifft auf den in der Mitte angeordneten Überlappungsbereich 3.2 auf.
-
Die fächerförmige Teilchenstrahlung wird dabei so geformt, dass entsprechend der Reihenanordnung der Detektoren 4 ein Streifen der Oberfläche des Werkstücks 2 oberhalb der Detektoren 4 bestrahlt wird.
-
Mit den den Bereichen 3.1 und 3.3 zugeordneten Detektoren kann die Dickenbestimmung des Werkstücks 2 in bekannter Form durchgeführt werden.
-
Mit 2 soll das erfindungsgemäße Vorgehen und eine dafür geeignete Anordnung veranschaulicht werden. Auch hier sind zwei Strahlungsquellen 1.1 und 1.2 vorhanden, mit denen Teilchenstrahlung auf die Oberfläche des Werkstücks 2 emittiert wird.
-
Im Strahlengang der von der Strahlungsquelle 1.2 emittierten Teilchenstrahlung ist ein Unterbrecherrad 5 angeordnet, das um eine senkrecht zur Werkstückoberfläche ausgerichtete Achse mit konstanter Drehzahl rotiert. Der radial äußere Radius des Unterbrecherrades 5 ist unter Berücksichtigung des Abstandes zur Strahlungsquelle 1.2 so gewählt, dass in Bereichen in denen kein Fenster, kein Schlitz oder keine Durchbrechung am Unterbrecherrad 5 vorhanden sind, eine vollständige Sperrung der Teilchenstrahlung erreicht wird, so dass in diesen Bereichen keine Teilchenstrahlung direkt auf die Oberfläche des Werkstücks 2 auftreffen kann. Dabei kann eine vollständige Sperrung mit einem geeigneten Unterbrecherradwerkstoff (z. B. Blei) aber auch eine erhöhte Absorption erreicht werden, so dass das die Teilchenstrahlung das Unterbrecherrad 5 diese Bereiche nur absorptionsbedingt stark abgeschwächt durchdringt.
-
Dabei kann ein Unterbrecherrad 5 aus Wolfram mit einer Dicke von 3 mm und einem Radius von 60 mm so rotieren, dass eine Modulationsfrequenz im Bereich 500 Hz bis 1000 Hz erreicht wird. In diesem Fall können am radial äußeren Rand des Unterbrecherrades 5 zwei Aussparungen oder Durchbrechungen ausgebildet sein, durch die bei der Rotation bei bestimmten Drehwinkeln Strahlung auf die Oberfläche des Werkstücks 2 emittiert wird. Bei den anderen dazwischen liegenden Drehwinkeln des Unterbrecherrades 5 wird die Strahlung gesperrt.
-
Dabei können am Unterbrecherrad 5 zwei gleich große Durchbrechungen mit jeweils gleichem Winkelabstand ausgebildet sein. Die Länge des Teilkreises der Durchbrechungen und die Abstände zwischen den beiden Unterbrechungen sind zumindest auf dem mittleren Radius r = 30 mm jeweils gleich groß und liegen bei 47 mm.
-
Von der Strahlungsquelle 1.1 kann nicht modulierte Teilchenstrahlung emittiert werden. Bei einer solchen Ausführung können beide Strahlungsquellen 1.1 und 1.2 Isotopenstrahlungsquellen oder auch Röntgenstrahlungsquellen sein.
-
In nicht dargestellter Form kann aber auch ein zweites Unterbrecherrad 5 im Strahlengang der von der Strahlungsquelle 1.1 emittierten Teilchenstrahlung angeordnet sein, mit dem eine Modulation, die von der mit dem der Strahlungsquelle 1.2 zugeordneten Unterbrecherrad 5 in abweichender Weise erfolgt, durchgeführt werden. Dies kann mit einer anderen Drehzahl beim rotieren, aber auch allein oder zusätzlich mit einem anders gestalteten und dimensionierten Unterbrecherrad 5 an der Strahlungsquelle 1.1, als bei dem der Strahlungsquelle 1.2 zugeordneten Unterbrecherrad 5 erreicht werden.
-
Die Messsignale der dem Überlappungsbereich 3.2 zugeordneten Detektoren 4 werden in eine Lock-In-Elektronik 6 übertragen, mit der die unterschiedlich modulierten Messsignalanteile aus den gesamt mit den einzelnen Detektoren 4 erfassten Messsignalen voneinander getrennt werden können. Nach der Trennung kann dann die Dickenbestimmung ortsaufgelöst für jeden einzelnen Detektor unter Berücksichtigung des jeweiligen Einfallswinkels und dem dadurch entsprechend beim Durchdringen durch das Werkstück zurück gelegten Weges durchgeführt werden. Dabei kann berücksichtigt werden, dass sich diese Messsignalanteile von den Messsignalen unterscheiden können, die mit Detektoren 4 erfasst worden sind, die den Bereichen 3.1 und 3.3 zugeordnet sind.
-
3 soll eine bei der Erfindung einsetzbare Möglichkeit zur Emission frequenzmodulierter Röntgenstrahlung verdeutlichen.
-
Dabei handelt es sich um eine Röntgenstrahlungsquelle bei der Elektronen von einer Elektronenquelle 7 in Richtung der Anode 8 emittiert werden. Mit dem in 3 horizontal ausgerichteten Elektronenstrahlverlauf 9.1 trifft der Elektronenstrahl auf die Anode 8 so auf, dass Bremsstrahlung aus der Röntgenstrahlungsquelle in Richtung Werkstückoberfläche emittiert wird.
-
Mit der Spulenanordnung 10 kann ein elektrisches oder elektromagnetisches Wechselfeld generiert werden. Bei geeigneter Vektorausrichtung und Feldstärke kann der Elektronenstrahl so abgelenkt werden, wie dies mit dem Elektronenstrahlverlauf 9.2 dargestellt ist. Der so abgelenkte Elektronenstrahl trifft dabei auf die Anode 8 in einem Bereich auf, von dem keine Röntgenstrahlung nach außen emittiert wird, Beim gezeigten Beispiel ist dieser Bereich ein Sackloch, aus dem keine Strahlung austreten kann. Durch die alternierende Auslenkung des Elektronenstrahls kann mit der angepassten Frequenz des Wechselfeldes die Modulation der auf die Werkstückoberfläche emittierten Strahlung erreicht werden.
-
Mit dem Blockschaltbild, das in 4 gezeigt ist, soll eine Möglichkeit zur analogen Trennung von Messsignalen, die von modulierter Strahlung detektiert worden sind, veranschaulicht werden. Dabei werden mit einem Detektor 4 detektierte Messsignale einem Bandpassfilter 14 zugeführt, den die der gewünschten Modulation entsprechenden Messsignale passieren können und die nicht erwünschten Messsignale gesperrt oder gedämpft werden. Die den Bandpassfilter 14 passierenden Messsignale und mit einem Phasenschieber 11 beeinflusste Referenzmesssignale einem Multiplizierer 12 zugeführt. Die multiplizierten Messsignale werden durch einen Tiefpassfilter 13, der als Integrator fungiert, geführt und können dann als verwertbares Dickenmesssignal zur Verfügung gestellt werden. Bei Einsatz eines Lock-In-Verfahrens werden die Messsignale mit eine bekannte Frequenz und Phasenlage aufweisenden Referenzsignalen verrechnet. Im günstigsten Fall weisen die Messsignale und die Referenzsignale bei der Bestimmung der Messsignalamplitude die gleiche Phasenlage auf. Bei einer modulierten Emission, wie sie durch das Abschatten bei der Rotation eines Unterbrecherrades 5 auftritt, tritt eine Phasenverschiebung zwischen den mit einem Detektor 4 erfassten Messsignal und der Referenzposition des Unterbrecherrades 5 auf. Bei einem Unterbrecherrad 5 kann dabei der jeweilige Drehwinkel des Unterbrecherrades 5 mit mindestens einem Sensor, z. B. einer optischen Lichtschranke, bestimmt und berücksichtigt werden, Eine aufgetretene Phasenverschiebung kann mit einem Phasenschieber 11 (z. B. Mikro-Controler oder einer Analogschaltung) ausgeglichen werden, so dass sie möglichst klein ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 2618906 A1 [0008]
- WO 94/03776 A1 [0009]
