DE1798028C3

DE1798028C3 - Oberflachenabtastanordnung zur zerstörungsfreien Prüfung von Werk stucken

Info

Publication number: DE1798028C3
Application number: DE1798028A
Authority: DE
Inventors: Wayne Richard Boulder Col. Apple (V.St.A.)
Original assignee: Automation Industries Inc
Current assignee: Automation Industries Inc
Priority date: 1967-08-16
Filing date: 1968-08-08
Publication date: 1973-11-08
Also published as: DE1798028A1; GB1191540A; DE1798028B2; US3462602A; FR1576916A

Description

Die Erfindung betrifft eine Oberflächenabtastan- ordnung zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken auf das Vorliegen von Fremdeinschlüssen undnder Hohlräumen mit einem Paar von auf Infrarotstrahlung ansprechenden Strahlungsempfängern, die neben der Werkstückoberfläche an zumindest zwei im Abstand voneinander gelegenen Stellen angeordnet sind, mit einem durch die Ausgangsgrößen der Strahlungsempfänger beaufschlagten Differenzverstärker, dessen Ausgangsgröße eine Funk'ion der Temperalurdifferenz an den beiden Stellen ist, und

ίο einem auf Jie Abweichung von einer bestimmten Temperaturdifferenz bzw. einer bestimmten Ausgangsgröße des Differenzverstärkers ansprechenden Schwell wertdiskriminatcr.

Es ist bereits eine Anordnung der erwähnten Art

■ ö nach der USA.-Patentschrift 3 210 546 bekannt, bei welcher bestimmte Maßnahmen getroffen sind, um eine möglichst feinmaschige Abtastung des Werkstücke^ und damit auch die Anzeige verhältnismäßig, kleiner Werkstückfehler zu erzielen. Die Praxis hat jedoch ergeben, daß Änderungen der Strahlungsdichte an soichen Stellen des Werkstückes, wo Fehler vorliegen, gegenüber der Strahlungsdichte an einwandfreien Stellen des Werkstückes sehr gering sind und leicht durch Änderung anderer Umgebungspara-

'5 meter, wie z.B. Antangstemperatu^r. Vorschubgeschwindigkeit und Wärmeleitfähigkeit aes Werkstükkes. überdeckt werden können, so daß eine einwandfreie Fehleranzeige nicht mehr ermöglicht w \ rd.

Aufgabe ddi Erfindung ist die Schaffung einer demgegenüber verbesserten Anordnung, welche die Erzeugung \on verhältnismäßig starken Unterschieden in der Strahlungsdichte zwischen fehlerhaften und einwandfreien Stellen des Werkstückes ermöglicht. Erreicht wird dies durch eine Einrichtung zum Verändern der Temperatur eines ersten Teils des Werkstückes gegenüber einem zweiten Teil im Bereich zumindest eines der Strahlungsempfänger.
Vorzugsweise wird die erfiiulungsgemaße Anord-

4" nung /ur Prüfung von warmen Blechen unmittelbar nach dem Walzvorgang ang wendet. In diesem Fall haben die Bleche eine Temperatur, die zwischen etwa 550 und 1000 C liegt. Wird das Blechband mit seiner Ebene beim Vorschub horizontal geführt.

so ist die Abstrahlung an der Oberseite des Blechbandes infolge Konvektion größer als an der Unterseil, so daß sich ein Temperaturgradient zwischen der Unter- und Oberseite ;i:id damit eine Wärm leitung von unten nach oben ergibt. An Stellen, wo Frenidcmsehlüsse und'oder Hohlräume, insbi. -ondere breiigewalzte Lunker, vorliegen, ist die Wärmeleitfähigkeit des Blechbandcs geringer als an einwandfreien Stellen, so daß infolgedessen die Temperatur und damit die Strahlungsdichte an den fehlerhaften Stellen geringer als an den einwandfreien Stellen ist. Die einen wesentlichen Bestandteil des Erfindungsücdankens bildende Einrichtung zum Verändern der Temperatur des Werkstückes kann also beispielsweise im Falle eines mit seiner Ebene horizon-

So lal geführten Blechbandes aus einer Vorschubein richtung in Verbindung mit einer kurzen Abkühlstrecke bestehen. Jedoch hat es sich gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung als günstig erwiesen, im Falle von Blechbändern deren Un terseite beim Austritt aus dem Walzwerk mittels eines Kühlmittelstrahles abzukühlen, der gegen die Unterseite des Blechbandes gerichtet wird. Hierbei liegt dann eine Wärmeleitung von oben nach unten

vor. wobei wiederum die fehlerhaften Stellen, weil dort die Wärmeleitfähigkeit verhältnismäßig gering ist. an der Oberseite des Blechbandes wärmer bleiben und eine größere Strahlungsdichte aufweisen als die einwandfreien Stellen.

Durch den Erfindungsgedanken wird eine derart weitgehende Steigerung der Differenz der Strahlungsdichten an fehlerhaften und an einwandfreien Stellen der Werkstückoberfläche erzielt, daß bei Konstanthaltung der übrigen die Strahlungsdichte des Werkstückes beeinflussenden Parameter mit einer praktisch jederzeit erziclbaren Genauigkeit einwandfreie Auswertungen möglich sind, ohne daß die zu messenden Differenzen der Strahl·, igsdicnte durch Nebeneffekte infolge Veränderung anderer die Strahlungsd'chte beeinflussender Parameter überdeckt werden.

Die Ertindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eine- eri'ir.dungsgemäßen Anordnung in Blockschaltbilddarstellung bzw. in perspektivischer Draufsicht auf ein. Werkstück in Form eines kontinuierlich vorgeschobenen Blechbandes,

F i g. 2 das in F i g. 1 bruchstückweise veranschaulichte Blechband in Schmalseitenansicht.

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer als Bestandteil der Anordnung nach F i g. 1 anzuwendenden Einrichtung zum Verändern der Temperatur des Werkstückes bzw. Blechbandes in Form einer einen Kühl mittelstrahl abgebenden Düse in Verbindung mit einem Teil eines Blechwalzwerkes sowie einer Blechschneidestation in Seitenansicht, d.h. parallel zur Ebene sowie senkrecht zur Vorschubrichtung des Blechbandes, sowie in schematischer Darstellung.

F i g. 4 ein gegenüber F i g. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen .Anordnung in ähnlicher Darstellung.

F i g. 5 ein gegenüber Fig. 1.3 bzw. 4 abgew andeltcweiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgem.alen Anordnung in einer Teildarstellung etwa einsprechend F" i g. 3.

Gern;!'. Fig. 1 bis 3 wird durch ein Walzenpaar 12. welches einen Bestandteil eines in seiner Gesamtheit nicht veranschaulichten Blechwalzwerkes bildet, ein Blechband 22 über eine Laufrollenplattc 16 in Pfeilrit-htung von fig. 1 und j zu einer Blechschneidestation vorgeschoben. Das Blech 22 verHiHt das Wal/enpaar 12 mit einer Temperatur vorzugsweise zwischen 500 und 1100 C und wird vor der Laufrollenplatte 16 von unten her durch einen Kühlmiltelstrahl 80 abgekühlt, welcher von einer Einrichtung 78 zum Verändern der Temperatur des Blechbandes 22 in Form einer Düse ausgeht und an Je ι Unterseite des Blechbandes 22 in einem Bereich 82 antrifft. In Vorschubrichtung des Blechbandes 22 hinter der Einrichtung 78 ist ein Paar von auf Infrarotstrahlung ansprechenden Strahlungsempfängern 36, 38 senkrecht zur Vorschubrichtung des Blechbandcs 22 nebeneinander im Abstand angeordnet, wobei die Strahlungsempfänger 36, 38 auf zwei Stellen SO. 52 des Blechbandes fokussiert sind, die senkrecht,, zur Vorschubrichtung cks Werkstückes nebeneinander im Abstand liegen. Demgemäß wird das Blechband 22 im vorliegenden Ausführungsbeispiel längs gestrichelter Linien 54, 56 (Fig. 1) abgetastet, wobei die Linie 54 die Mittelparallele des Blechbandes 22 darclollt

In der Praxis hat sich gezeigt, daß meist die in Fig.! in Draufsicht und in F fg. 2 in Seitenansicht veranschaulichten Werkstück-Fehlstellen im Blech auftreten. Wird ein in der Mitte eines Metallrohlings vorhandener Gaseinschluß im Walzwerk allmählich breitgewalzt, so ergibt sich eine Fehlstelle nach Art der Fehlstelle 24 Von F i g. 1 und 2, welche weder von oben und unten noch von der Seite her sichtbar ist. Derartige Einschlüsse können nach Beendigung

ίο des Walzvorganges Fl /heninhalte bis zu 1 m- erreichen. Gelangen hingegen Gaseinschlüsse beim Auswalzen mit einer Seitenkante des Bleches in Verbindung, so entstehen an derartigen Fehlstellen entsprechend etwa den Fehlstellen 26«. 26b (F ig. 1. 2) am Rand des Bleches Schichttrennflächen. welche bei Betrachtung der Blechkanten sichtbar sind (Fig. 21. Mit der Anordnung der Strahlungsempfänger 36. 38. wie sio in F i g. 1 veranschaulicht ist. lassen sch jedenfalls mittlere Fehlstellen Λ nachweisen, sofern die Breite derartiger Fehlstellen nicht den A'.^tand der Linien 54, 56 überdeckt. Ferner lassen sich seitliche Fehlstellen 26« nachweisen, sofern sich diese bis zu der Linie 56 erstrecken. Der Erfindun^sgedanke ist jedoch bei der Anordnung gemäß Fig. i nicht auf einziges Paar von Strahlungsempfängern 3<V 38 beschränkt, sondern es können vielmehr auch mehr als zwei Strahlungsempfänger vorgesehen sein. um auch kleinere Fehlstellen erfassen zu können, deren Querdimension kleiner als der Abstand der Linie 52 \om Rund des Bleches bzw. der Abstandslinien 52. 54 ist.

Die Ausgänge der Strahlungsempfänger 36. 38 sind mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers 64 verbunden, dessen Ausgangsgröße über einen von zwei Ausgängen eines zusätzlichen \ erstärkers 66 auf einen Schwcllwertdiskriminator 70 gelangt. Der Sehwellwertdiskriminator 70 ist ausgang^seitig mit einem Alarmgeber 72 sowie einem Markierer 74 verbunden und spricht lediglich dann an. wenn der Unterschied der Strahlungsdichte an den Stellen 50. 52 auf der Oberseite des Blechbandes 22 einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet. L'm gleichwohl auch geringere Schwankungen des Differenzwertes der Strahlungsdichte an den Stellen

50. 52 verfolgen zu können, ist mit einem zweiten Ausgang des zusätzlichen Verstärkers 60 ein Meßinstrument 68 verbunden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 sind zwei Strahlungsempfänger 36', 38' entsprechend den Strahlungsempfängern 36. 38 von Fig. 1 in Vorschubrichtung des Blechbandes 22 hintereinander im Abstand angeordnet und auf Stellen 98. 1OU fokussiert, die auf einer (strichpunktiert angedeuteten) Mittelparallelen des Blechbandes 22 liegen. Unterhalb des Blechbandes 22 ist eine der Einrichtung 78 von F i g. 3 entsprechende (nicht veranschaulichte) Einrichtung zum Abkühlen des Blcchbandcs 22 ungeordnet, welche einen Kühlmittels'rahl in einem gestrichelt angedeuteten länglichen Bereich 82' gegen

So die untere Seite des Blechbandes 22 richtet.

Liegt bei Jcr Anordnung von F i g. 4 eine Fehlstelle 24' in dem Blechband 22 vor, welche dessen Mittellinie in irgendeiner Weise berührt, so ist die Strahlungsdichte dieser Fehlstelle 24' beim Vorbcilaufen an der Stelle 98 größer als die Strahlungsdichte bei einwandfreiem Material, an welcher bei einwandfreiem Material durch die in dem Bereich 82' crfolete Abkühlung eine sehr starke Temperatur-

verminderung auch an der Oberseite des Blechban- seite sowie neben der Unterseite des Blechbandes 22 des 22 herbeigeführt wurde, während beim Vorliegen sind zwei Strahlungsempfänger 36", 38" etwa spieder Fehlstelle 24' der Wärmeübergang von der Ober- gelsymmetrisch angeordnet, und zwar in Vorschubseite des Blechbandes 22 zu der Unterseite behindert richtung des Blechbandes 22 hinter der Einrichtung wird. Den Strahlungsempfängern 36', 38' ist ein Dif- 5 78. Liegt in dem Blechband 22 keine Fehlstelle vor, ferenzverstärker 64 wie bei dem Beispiel von F i g. 1 so ist die Temperaturdifferenz an der Ober- und Unnachgeordnet, der ausgangsseitig mit einem Schwell- terseite des Blechbandes 22 und damit auch die Difwertdiskriminator 70' verbunden ist. Dieser spricht ferenz der entsprechenden Strahlungsdichten verhältim Gegensatz zu dem Schwellwertdiskriminator 70 nismäßig niedrig, wenngleich die Temperatur an der von F i g. 1 stets dann an, wenn eine vorgegebene io Oberseite des Blechbandes im Bereich der Strah-Temperaturdifferenz zwischen der Stelle 100 und. der lungsempfänger 36", 38" stets oberhalb derjenigen Stelle 98 bzw. eine vorgegebene Differenz des Aus- an der Unterseite des Blechbandes 22 liegt. Beim gangssignals des Strahlungsempfängers 36' und des Auftreten einer Fehlstelle ähnlich der Fehlstelle 24 Strahlungsempfängers 38' unterschritten wird, weil von F i g. 1 bzw. 24' von F i g. 4 bleibt die Temperaim normalen Zustand, d. h. beim Nichtvorhandensein 15 tür des Blechbandes 22 an der von dem Strahlungsder Fehlstelle 24', sich eine verhältnismäßig hohe empfänger 38" abgetasteten Stelle wesentlich gleich, Temperaturdifferenz zwischen den Stellen 100 und jedoch ist die Temperatur des Blechbandes 22 an dei 98 ergibt. Stelle höher als im Normalfall. Den Strahlungsemp-Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 wird fänger 36", 38" können, obgleich dies nicht in Eindurch eine Einrichtung 78 entsprechend derjenigen ao zelheiten dargestellt ist, Bauelemente entsprechenc von Fig.3 ein Kühlmittelstrahl 80 gegen die Unter- den Baueinheiten 66, 68, 70,72 von Fig. 1 nachseite des Blechbandes 22 gerichtet. Neben der Ober- geordnet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Oberfläciienabtastanordnung zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken auf dus Vorliegen von Fremdeinschlüssen und/oder Hohlräumen mit einem Paar von auf Infrarotstrahlung ansprechenden Strahlungsempfängern, die neben der Werkstücksoberfläche an zumindest zwei im Abstand voneinander gelegenen Stellen angeordnet sind, mit einem durch die Ausgangsgrößen der Strahlungsempfänger beaufschlagten Differenzverstärker, dessen Ausgangsgröße eine Funktion der Temperaturdifferenz an den beiden Stellen ist. und mit einem auf die Abweichung von einer bestimmten Temperaturdiifereriz bzw. einer bestimmten Ausgangsgröße des Diffeienzverstärkcrs ansprechenden Schwellwertdiskriminator. gekennzeichnet durch eine Cinricht.i.ig (78) zum Verändern der Temperatur eines ersten Teils (z. B. Unterseite) des Werkstuckes (Blechband 22) gegenüber einem /weiten Teil (/. B. Oberseite) im Bereich zumindest eines der Strahlungscmpfänuer (36.38; 36': 38: 36". 38").

2. An»'-dining nach Anspruc'i i mit einer Yerschubeinr, litung für das Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (78) zum Verändern der Temperatur in Vorschubrichtung des Werkstückes (Blechband 22) vor zumindest einem der Strahlungsempfänger (36, 38; 36'. 38': 36". 38") angeordnet ist

3. Anordnung nach eii.em der Ansprüche 1.2. dadurch gekennzeichnet, daß jie Einrichtung (78) zum Verändern der Temperatur aus einer einen Kiihlmittelstrahl (SO) gegen eine Seite des Werkstückes (Blechband 22) richtenden Düse be steht.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (78) zum Verändern der Temperatur bzw die Düse auf einer anderen Seite des Werkstückes (Blechband 22) wie die Strahlungsempfänger (36. 38: 36'. 38') angeordnet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Strah lungsempfänger (36. 38) senkrecht zur Vorsehubrichtur.g des Werkstückes (Blechband 22) nebeneinander im Abstand angeordnet sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß dir zwei Strahlungsempfänger (36' 38') in Vorschubriehtuiig des Werkstückes (Blechband 22) hintereinander in Abstand angeordnet sind und daß die Einrichtung (78) zum Verändern der Temperatur b/w. die Düse in Vorschubrichtung des Werkstückes zwischen den beiden Strahlungsempfängern ungeordnet ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Paar von Strahlungsempfängern (36", 38") neben beiden Seiten des Werkstückes (Blechband 22) etwa spicgclsymmetrisch zum Werkstück angeordnet ist.