DE2253933B2 - Anwendung eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung auf die Erfassung der Temperfarbe eines Metallbandes - Google Patents

Description

30

35

Bei der Vergütung während der Herstellung von Metallbändern, z. B. aus rostfreiem Stahl, zeigt das vergütete Stahlband normalerweise einen randlosen metallischen Glanz. Es tritt jedoch oft eine hc'.ls gelbe Farbe, die normalerweise Temperfarbe genannt wird, auf der Oberfläche des Stahlbandes abhängig von den Vergütungsbedingungen auf, wodurch die Oberflächeneigenschaft in einem solchen Maß zerstört wird, daß das Stahlband den Anforderungen an Handelsware nicht mehr entspricht. Bisher wild eine solche Temperfarbe lediglich visuell erfaßt, da keine geeigneten Erfassungseinrichtungen vorhanden sind. In vielen Fällen kann die Temperfarbe jedoch nicht genau erfaßt werden, was auf Unterschiede im Beobachtungsvermögen der einzelnen Beobachtungspersonen und auf Ermüdung von deren Augen zurückzuführen ist. Da nämlich insbesondere dieser Anlaufrand von einem vollständig randfreien Zustand ausgeht und in vielen Fällen schrittweise in eine wahrnehmbare Färbung übergeht, paßt sich das unbewaffnete menschliche Auge leicht einer solchen schrittweisen Färbung an und neigt dazu, diese zu übersehen, bis eine beträchtliche Färbung auf der Bandcberfläche vorhanden ist. Die bekannte Erfassung der Temperfarbe mit unbewaffnetem Auge ist daher wegen Verzögerungen bei der Kontrolle des Auftretens der Temperfarbe nicht zufriedenstellend, weshalb nicht nur bereits gefertigte Metallbänder zurückgewiesen, sondern auch hell oder leicht gefärbte Stahlbänder nicht erfaßt werden. Dieses bekannte Verfahren ist daher auch nicht geeignet, die Temperfarbe quantitativ zu erfassen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, von einer visuellen Erfassung der Temperfarbe mit Siren Unzuverlässigkeiten und Uagenaulgkeiten abzukommen und dafür ein automatisches Verfahren zu schaffen, das eine fortlaufende quantitative Erfassung von Temperfarbe mit großer Genauigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Anwendung eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, bei dem elektromagnetische Strahlung mit zwei Komponenten verschiedener Wellenlänge auf den Prüfling geworfen und von diesem abgestrahlte Strahlung für diese beiden Komponenten in ihrer Intensität erfaßt und daraus ein Intensitätsverhältnis gebildet wird, auf die Erfassung der Temperfarbe eines Metallbandes, wobei zusätzlich die eine Komponente vom Metallband mit Temperfarbe stärker als vom Metallband ohne Temperfarbe absorbiert wird und die andere Komponente vom Metellband mit und ohne Temperfarbe im wesentlichen gleich stark absorbiert wird.

Unter Komponente werden dabei im Sinne der Erfindung verstanden ein Linienspektrum mit einer oder mehreren Spektrallinien, ein Bandenspektrum oder ein kontinuierliches Spektrum innerhalb eines gewissen Wellenlängenbereichs.

Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, daß Licht mit Wellenlängen unterhalb eines bestimmten Werts von vorzugsweise 540 nm (5400 A), wenn es auf ein Metallband mit Temperfarbe geworfen wird, von diesem Metallband stärker absorbiert wird, als wenn es auf ein normales, ungefärbtes Metallband fällt.

Es ist zwar schon tin Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung bekanntgeworden (vgl. DT-OS 1573 401), bei dem elektromagnetische Strahlung mit zwei Komponenten verschiedener Wellenlänge auf den Prüfling geworfen und von diesem emittierte Strahlung für diese beiden Komponenten in ihrer Intensität erfaßt und daraus ein Intensitätsverhältnis gebildet wird. Dabei ist aber die betreffende Strahlung Infrarot- bzw. Wärmestrahlung im Wclleiilängenbereich 2 bis 15 μηι, um innere Defekte, z. B. Lunker, Einschlüsse, Dickenänderungen u.dgl. zu erfassen. Derartige innere Defekte verändern nämlich die örtliche Wärmeleitfähigkeit des Prüflings, so daß die an einem bestimmten Prüflingspunkt einige Zeit nach dessen Bestrahlen vorhandene Temperatur je nach der Wärmeleitfähigkeit und damit der inneren Beschaffenheit des Prüflings an dem Punkt unterschiedlich ist. Auf diese Weise ergeben sich auch Unterschiede in der von diesem Prüflingspunkt abgegebenen Wärmestrahlung. Um diese Wärmestrahlung dann allein temperaturabhängig, also unabhängig vom Emissionsvermögen des jeweiligen Prüflingspunkts zu machen, werden beim bekannten Verfahren zwei beliebige Komponenten der vom betreffenden Prüflingspunkt abgegebenen Wärmestrahlung intensitätsmäßig erfaßt, woraus ein Intensitätsvcrhiltnis gebildet wird.

Dieses bekannte Verfahren sieht auch die Benutzung einer Drehscheibe mit die beiden Komponenten wahlweise durchlassenden Filtern zwischen Prüfling und Strahlungsempfänger vor. Dagegen wird die Erfindung dadurch weitergebildet, daß eine solche Drehscheibe zwischen Strahlungsquelle und Prüfling gesetzt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Beziehung zwischen der Wellenlänge

des Lichtes und der relativen Intensität des reflek- und mit einer zweiten Komponente von einer langen tierten Lichtes zur Erläuterung des Grundprinzips Wellenlänge in der Größenordnung von 600 nm der vorliegenden Erfindung; aus. Zwei konvexe Linsen 2 aus Quarz und eine Fi g. 2 ein Blockschaltbild der optischen und elek- Spalte 3 kondensieren den von der Lichtquelle 1 austrischen Einrichtungen in einei Vorrichtung zur 5 gesandten Lichtstrahl. Das konzentrierte Licht wird Durchführung der erfindungsgemäßen Anwendung auf ein ruLendes oder sich bewegendes Metallband eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Werkstoffprü- 10 über zwei Filter 6, 7 gerichtet, die auf einer Drehfung und Scheibe 5 angeordnet sind. Das Filter 6 erlaubt ledig-F i g. 3 die Signalformen der in verschiedenen Tei- lieh einen Durchgang der Lichtkomponente mit der len der in der Fig.2 dargestellten Vorrichtung auf- io kurzen Wellenlänge, und das Filter? erlaubt ledigtretenden elektrischen Signale. lieh den Durchgang der Lichtkomponente mit der Fig. 1 erläutert die Beziehung zwischen der WeI- langen Wellenlänge. Die DrehscheibeS wird fortlaulenlänge des Lichtes und der Intensität des reflektier- fend mit einer geeigneten Drehzahl durch einen Moten Lichtes, wenn ein sichtbarer Lichtstrahl auf ein tor 4 gedreht. Auf diese Weise werden die Lichtkom-Metallband, r.is beispielsweise ein Band aus rost- 15 ponente mit der kurzen Wellenlänge und die Lichtfreiem Stahl, das eine helle Temperfarbe zeigt, ein komponente mit der langen Wellenlänge des von der aus rostfreiem Stahl, das eine beträchtliche Temper- Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtstrahles abwechsfarbe aufweist, und ein normales randtreies Band aus lüngsweise auf das Metallband ΙΌ über die jeweiligen rostfreiem Stahl auffällt. Die von diesen Bändern re- Filter 6 und 7 gerichtet. Ein solcher einfallender flektierten Lichtstrahlen werden analysiert, um sie 20 Lichtstrahl 8 wird durch die Oberfläche des Metallmiteinander zu vergleichen. Die Kurven A, B und C bandes 10 reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl geben jeweils die Ergebnisse der Analyse eines nor- tritt in einen Photoelektronen-Ve rvielfächer 11 ein, malen randfreien Bandes aus rostfreiem Stahl, eines der eine geeignete spektroskopische Empfindlichkeit Bandes aus rostfreiem Stahl mit einer hellen Temper- für die I.ichtkomponente mit der kurzen Wellenlänge farbe und eines Bandes aus rostfreiem Stahl mit einer 25 und die Lichtkomponente mit der langen Wellenbeträchtlichen Temperfarbe wieder. Aus der F i g. 1 länge aufweist. Wenn das zu prüfende Metallband 10 geht hervor, daß Bänder aus rostfreiem Stahl mit eine Temperfarbe aufweist, dann wird die Lichtkomeiner Temperfarbe Lichtwellenlängen, die kürzer ponente mit der kurzen Wellenlänge abhängig von sind als gelb (540 bis 580 nm), wesentlich ständer ab- der Tiefe der Temperfarbe stärker absorbiert als bei sorbieren als ein normales randfreies Band aus rost- 30 einem normalen randfreien Metallband. Auf diese freiem Stahl und Licht mit Wellenlängen, die größer Weise wird die Intensität des reflektierten Lichtes sind als gelb, nicht wie ein normales randfreies Band entsprechend verringert und dieses reflektierte Licht aus rostfreiem Stahl absorbieren. Dies gilt im wesent- mit der verringerten Intensität wird durch den Pholichen auch für Stahlbänder aus anderen Legierun- toelektronen-Vervielfacher 11 erfaßt. Die Energie gen. Die F i g. 1 dargestellte Kurve zeigt, daß bei 35 des reflektierten Lichtes wird durch den Photoelekeinem Mctalloand mit einer Temperfarbe das Ver- tronen-Vervielfachers 11 in ein elektrisches Signal hältnis zwischen der Intensität des reflektierten Lieh- umgesetzt, und ein in der Fig. 3a dargestelltes Austes von Wellenlängen, die kürzer sind als 540 nm, gangssignal tritt am Ausgang des Photoelektronen- und der Intensität des reflektierten Lichtes von WeI- Vervielfachers II auf. Dieses Signal wird in einen Silenlängen, die länger sind als 540 nm, und der Inten- 40 gnalseparator 12 eingespeist, der abhängig von der sität des reflektierten Lichtes von Wellenlängen, die Drehzahl des Motors 4 synchron mit einem Synchrolänger sind als 540 nm, von dem entsprechenden nisiersignal arbeitet, um das Signal in ein Ausgangs-Verhältnis für ein normales randfreics Metallband signal, das der Lichtkomponente mit der langen WeI-abweicht. Je tiefer die Temperfarbe ist, um so größer lenlänge (F i g. 3 b) entspricht, und in ein Ausgangssiist der Absorptionsgrad der Energie von Licht mit 45 gnal. das der Lichtkomponente mit der kurzen WeI-Wellenlängen, die kürzer sind als 540 nm, woraus lenlänge (Fig. 3c) entspricht, zu trennen. Diese sich eine größere Veränderung im Intensitätsverhält- Ausgangssignale werden dann in jeweilige Integratonis ergibt. Auf diese Weise kann die relative Stärke ren 13 und 14 eingespeist und integriert, um Spander Temperfarbe gemessen werden, indem das In- nungen zu erzeugen, die der Intensität der Lichtkointensitätsvcrhältnis zwischen Licht mit Wellenlängen, 50 ponente mit der langen Wellenlänge entsprechen, die kürzer sind als 540 nm und Licht mit Wellenlän- Diese beiden Spannungen werden dann in ein Regen, die größer sind als 540 nm, das von dem Metall- chenwerk 15 eingespeist, das das Verhältnis zwischen band reflektiert wiru, erfaßt wird. diesen Signalen ermittelt und ein elektrisches Ausin Fig. 2 ist eine Vonichtung dareestellt, die die gangssignal erzeugt, das die relative Tiefe der Fär-Veränderung des in Fig. 1 dargestellten Intensitäts- 55 bung der Anlauffarbe anzeigt.

Verhältnisses für eine automatische und fortlaufende Das elektrische Signal, das die relative Tiefe der Erfassung der relativen Tiefe der Temperfarbe be- Färbung der auf die oben beschriebenen Weise ernutzt. Ein Lichtabschirmgehäuse 18 ist vorgesehen, faßten Temperfarbe anzeigt, kann in einen Schreiber um die darin angeordneten verschiedenen optischen eingespeist werden, um dort registriert zu werden, Elemente gegen äußeres Licht abzuschirmen. Ein 60 oder in einen Diskriminator 16 eingespeist werden, staubdichtes Glasfenster 19 ist in eine Öffnung auf um mit einem kritischen Wert eines normalen Bander Unterseite des Gehäuses 18 eingepaßt. Dieses des verglichen zu werden, so daß ein Kontrollsignal Fenster 19 besteht vorzugsweise aus Quarzglas, um oder ein sichtbares oder hörbares Alarmsignal ausgeeine unerwünschte Absorption von Licht mit kurzen löst werden kann, wenn die relative Tiefe der Fär-Wellenlängen zu vermeiden. Eine Lichtquelle 1, wie 65 bung der Temperfarbe diesen kritischen Wert überbeispielswcise eine Quecksilberlampe, sendet einen schreitet.

Lichtstrahl mit einer ersten Komponente von einer Dank der Erfindung sind also Überwachungsperkurzen Wellenlänge in der Größenordnung von 400 mn sonen zur visuellen Überwachung der Temperfarbe

nicht mehr erforderlich. Das Auftreten einer Temperfarbe kann zu Beginn erfaßt werden, wenn lediglich die Instrumente und Alarmeinrichtungen beobachtet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Erfassung der Temperfarbe zu verbessern. Eine Fertigungsstraße für ein Metallband kann abhängig von dem erfaßten Wert der Temperfarbe automatisch gesteuert werden, so daß die Fertigungsgeschwindigkeit erhöht ist.

Da bei der Erfindung die Temperfarbe auf der Grundlage eines Vergleiches zwischen der Intensität einer Lichtkomponente mit einer Wellenlänge und der Intensität einer Lichtkomponente mit einer anderen Wellenlänge ermittelt wird, kann die Erfassung der Temperfarbe stetig und zuverlässig durchgeführt werden, ohne nachteilhaft durch die Veränderung von allgemeinen Faktoren beeinflußt zu werden, wie beispielsweise von senkrechten Schwingungen oder Vibrationen der Metallbänder, durch Veränderungen in der Stärke des reflektierten Lichtes auf Grund eines Unterschiedes der Oberflächengüte der Metallbänder und durch Veränderungen in den elektrischen Eigenschaften der Lichlfühler. Daher ist die Erfindung für Messungen in Fertigungsanlagen geeignet.

ίο Durch die Erfindung ist es also möglich, schnell, automatisch, fortlaufend und quantitativ eine Temperfarbe zu erfassen, die bei einem ruhenden oder sich bewegenden Metallband auftritt, die Zuverlässigkeit der Überwachung zu erhöhen und den Arbeitsaufwand zu verringern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anwendung eines Verfahrens zur zerstöiungsfreien Werkstoffprüfung, bei dem elektromagnetische Strahlung mit zwei Komponenten

■verschiedener Wellenlänge auf den Prüfling geworfen und von diesem abgestrahlte Strahlung für diese beiden Komponenten in ihrer Intensität erfaßt und daraus ein Intensitätsverhältnis gebildet wird, auf die prfassung der Temperfarbe eines Metallbandes, wobei zusätzlich die eine Komponente vom Metallband mit Temperfarbe stärker als vom Metallband ohne Temperfarbe absorbiert wird und die andere Komponente vom Metallband mit und ohne Temperfarbe im wesentlichen gleich stark absorbiert wird.

2. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Komponenten eine Wellenlänge oberhalb bzw. unterhalb von 540 nm »o (5400 A) haben.

3. Anwendung nach Anspruch 1 oder 2 unter Benutzung einer Drehscheibe mit die beiden Komponenten wahlweise durchlassenden Filtern, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehscheibe »5 zwischen Strahlungsquelle und Prüfling gesetzt wird.