DE2915472A1

DE2915472A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen massendickenmessung an extrudierten kunststoff-profilen

Info

Publication number: DE2915472A1
Application number: DE19792915472
Authority: DE
Inventors: E Leopold Dr Dieck; Peter Dr Holl; Alexander Van Raaij
Original assignee: Polymer Physik GmbH and Co KG
Current assignee: Polymer Physik GmbH and Co KG
Priority date: 1979-04-17
Filing date: 1979-04-17
Publication date: 1980-10-23
Also published as: GB2047887A; JPS55141608A

Description

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IHR ZEICHEN:

mein zeichen. Pliysxk-13 17. April 1979 U

Polymer-Physik GmbH & Co. KG, 2844 Lernförde

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Massendickenmessung an extrudierten Kunststoff-Profilen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Massendickenmessung an extrudierten Kunststoff-Profilen durch Bestimmung des Absorptionsgrades von Gamma-Strahlen beim Durchdringen der extrudierten Kunststoffprofile.

Es ist bekannt, Gamma- und Beta-Strahlen zur Massendickenmessung zu verwenden. Strahler und Empfänger (Zählrohr) sind jeweils auf der gegenüberliegenden Seite des Meßgutes angebracht. Die Strahlung wird dabei vom Meßgut teilweise geschwächt, und zwar in Abhängigkeit von der Flächenmasse F, die das Produkt aus der Dicke und Dichte des Meßgutes

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POSTSCHECKKONTO MÖNCHEN 199S20-0OS / B&NEVBRBINDUNGi EATER. VEREINSBANK MDNCMSN NS. 90S200 (BIZ»70020270)

darstellt. Unter der Voraussetzung einer konstanten Dichte ist die Anzeige umgekehrt proportional zur Dicke. Dieses Verfahren wurde bis jetzt nur für die Dickenmessung großflächiger Objekte, Papierbahnen, Kunststoff-Folien-Bahnen, Blechbahnen usw. sowie für Durchflußmessungen bei Rohren verwendet. Hierbei wurden für die Flächen-

2 gewichtsmessungen bis zu 10.000 g/m Beta-Strahler bis zu einer Energie von 2,27 MeV (Sr 90) verwendet. Diese Anwendung erfordert erhebliche Abschirmmaßnahmen für die Se-

2 kundär-Röntgenstrahlung. Bei Dickenmessungen über 40.000 g/m werden Gamma-Strahler wie Am-241, Cs-137, Co-60 als Quellen verwendet, welche ebenfalls umfangreiche Abschirmungs- und Sicherheitsvorkehrungen erforderlich machen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es einerseits gestatten, auf umfangreiche Abschirmungs- und Sicherheitsvorkehrungen zu verzichten, und andererseits eine genaue kontinuierliche Massendickenmessung an Kunststoff-Profilen im Massendicken-

2 bereich zwischen 4.000 und 14.000 g/m zu ermöglichen, und zwar ohne die Verwendung von Beta-Strahlen. Laufend steigende Preise für Rohstoffe in der' organischen Chemie sowie die Forderung nach gleichbleibender Qualität erfordern die exakte Einhaltung der Massendicke bei der Herstellung von extrudierten Materialien aus Kunststoff.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß man zur Messung Röntgenstrahlen mit einer Photonenenergie von 20 bis 40 keV verwendet, vorzugsweise solche, die als Sekundärstrahlen von einem Radionuklid als Primärstrahler mittels eines Targets aus einem Element mit der Ordnungszahl zwischen 40 und 60, erzeugt werden.

Solch ein Röntgenstrahier besteht aus einer z. B. 10 mCi Americium-241-Quelle, welche primär 59,5 keV Photonen aussendet. In den Strahlengang dieser Primärphotonen können

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nun verschiedene Targets geschwenkt werden, die dann ihrerseits charakteristische Röntgenstrahlen mit einer Photonenenergie kleiner der Primärenergie aussenden.

Die Energien dieser Primärphotonen liegen zwischen 8,04 keV für Kupfer-'und 44,23 keV für Terbium-Targets, für Rb-Targets betragen sie 13,37 keV, für Mo-Targets 17,44 keV, für Ag-Targets 22,10 keV und für Ba-Targets 32,06 keV.

Es kann also die Photonenenergie jeweils dem Meßproblem optimal angepaßt werden, d.h. man verwendet Photonenenergien, die ein möglichst hohes Meßsignal bei einer möglichst kleinen Massendickenänderung ergeben.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die Röntgenstrahlen aus der Quelle gebündelt austreten und somit sich auch zum Messen der Massendicke an relativ komplizierten Profilen eignen. Hierzu ist es notwendig, daß man an den Profilen eine Stelle findet, die

(1) repräsentativ für das gesamte Profil ist und

(2) Flächen aufweist, die den etwa 10 mm dicken Photonenstrahl senkrecht durchschneidet.

Andere vom Photonenstrahl berührte Flächen, die nicht senkrecht zu ihm stehen, müssen wegen üngenauigkeiten die dadurch in das Meßverfahren kommen würden, ausgeblendet werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß Profil im Bereich von Photonenquelle und Zählrohr (Empfänger) in einer Einrichtung zu führen, so daß bei Bewegungen des Profils senkrecht zur Extrusionsvorrichtung die gesamte Meßapparatur mitgeht und somit keine Meßfehler entstehen können.

Darüber hinaus ist es für den entsprechenden Anwendungsfall unabdingbar, wenn die Meßeinrichtung für die durch das Objekt durchgelassenen Photonen energiedispersiv arbeitet.

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Das heißt, man verwendet einen energieproportxonalen Zähler, v/ie z. B. einen NaJ-Zähler, welcher die Möglichkeit bietet, die die Information tragenden Photonen vom Untergrund zu trennen.

Zur Veranschaulichung, daß die richtige Wahl der Photonenenergie entscheidend für eine sinnvolle Auflösung einer Massendickenänderung ist, dient Fig. 1, Das in Fig. 1 dargestellte Diagramm bezieht sich als Beispiel auf PVC-Materiai mit einer Dicke von 10 mm.

In Ordinatenrichtung ist aufgetragen: Der Zählratenunterschied bei 1 % Schichtdickenänderung pro 1.000 Primärimpulse.

In Äbzissenrichtung ist direkt die Energie der aus der Quelle austretenden Photonen aufgetragen. Aus der Kurve sieht man, daß ein optimaler Wert für die Primärenergie zwischen 32 und 43 keV liegt.

Unter gegebenen Meßbedingungen, d.h. 3 Min. Meßzeit und 1 % Schichtdickenauflösung, ist die Lösung der gestellten Aufgabe nur im schraffiert gekennzeichneten Bereich optimal möglich,

Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient Fig. 2, Die darin genannten Bezugsziffern haben folgende Bedeutung:

1 Photonenquelle

2 Blende zur Begrenzung des Raumwinkels der emittierten Photonen

3 Begrenzungen zur seitlichen Führung des Profils

4 Kunststoffprofil

5 Blende, die .den Eintritt des Photonenstrahls in das Zählrohr begrenzt

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6 Zählrohr

7 Rahmen zur Einhaltung des genauen Abstandes zwischen Quelle und Zählrohr

Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.

Beispiel

Zur kontinuierlichen Massendickenmessung an einem Extruder für Fensterprofile wird nach der letzten Kalibrierdüse eine Meßanordnung, bestehend aus einer variablen Röntgenstrahlenquelle mit Primärquelle Am-241 als umschlossene keramische Quelle und einem Ba-Target als Sekundärröntgenstrahlemissionsquelle, verwendet.

Die Sekundärröntgenstrahlen haben eine Energie von 32,06 keV und sind in einem Raumwinkel von ca. 0,5 sterad gebündelt.

Sie durchdringen ein Fensterrahmenprofil, welches in 2 seitlichen Backen zur mechanischen Führung gehalten wird, an einer Stelle, wo die Profilflächen senkrecht zur Photonenstrahlrichtung verlaufen. Vor Eintritt der Photonenstrahien in einen NaJ-Zähler werden die Strahlen, die weiter als 10 mm im Durchmesser auseinandergelaufen sind, durch eine Blende absorbiert, so daß sie nicht in das Zählrohr gelangen und das Meßergebnis verfälschen können.

Die Anzahl der Photonen, welche das Zählrohr erreichen, ist gegenüber der Anzahl Photonen, die die Strahlenquelle verlassen haben, um die Anzahl Photonen verringert, die aufgrund der Massendicke im Fensterprofil absorbiert wurden. Je dicker das Objekt, umso weniger Photonen kommen durch das Profil. Die noch im Zählrohr ankommenden Photonen wer-

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den in ein Stromsignal umgewandelt, welches verstärkt und auf ein sog. Ratemeter gegeben wird. Zwischen Zählrate und Massendicke besteht nun ein Zusammenhang, der bei Abweichungen von der vorgeschriebenen Massendicke des Profils direkt zur Steuerung z. B. der Abzugsgeschwindigkeit am Extruder verwendet werden kann.

Technische Daten einer solchen Massendickenmeßeinrichtung:

2 Massendicke: 12.000 g/m Profildicke (PVC): 10 mm Primärquelle: Americium Quellenstärke: 10 mCi Ba-Target

Energie der Sekundärphotonen: 32,06 KeV Sekundär-Photonen-Strom: 46.500 Photonen/sec · sr Extrudergeschwindigkeit: 0,8 m/min Dickenauflösung bei einer Zähldauer von 100 Sek um; bezogen auf eine Profildicke von 10 mm entspricht dies einer Auflösung von 1 %.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur kontinuierlichen Massendickenmessung an extrudierten Kunststoffprofilen durch Bestimmung des Absorptionsgrades von Gamma-Strahlen beim Durchdringen der extrudierten Kunststoffprofile, dadurch gekennzeichnet, daß man für den Massendickenbereich

von 4.000 bis 14.000 g/m als Gamma-Strahlen Röntgenstrahlen mit einer Photonenenergie von 20 bis 40 keV einsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Röntgenstrahlen aus der Strahlenquelle gebündelt austreten und senkrecht auf das Profil auftreffen läßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Photonen, die mit Flächen in Berührung kommen, die nicht senkrecht zum Photonenstrahl stehen, ausblendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Profil im Bereich von Photonenquelle und Zählrohr (Empfänger) in einer Einrichtung führt, die fest mit der Photonenquelle und dem Zählrohr verbunden ist, so daß bei Bewegungen des Profils senkrecht zur Extrusionsrichtung die gesamte Meßapparatur mitgeht und somit keine Meßfehler entstehen können.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadμrch gekennzeichnet, daß man die durch das Profil durchgelassenen Pho-

• tonen· energiedispersiv erfaßt.

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ORIGINAL INSPECTED
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 bis 5, bestehend im wesentlichen aus der Strahlenquelle mit' Abschirmung und dem Zählrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (1) Röntgenstrahlen mit einer Photonenenergie von 20 bis 40 keV, die von einem Radionuklid als Primärquelle mittels eines Targets aus einem Element mit der Ordnungszahl zwischen 40 und 60 erzeugt werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärquelle aus 10 mCi Americium-241, das von einer keramischen Hülle umschlossen ist, besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich verschiedene Targets in Abstand nebeneinander auf einer unterhalb der Primärquelle angeordneten Drehscheibe befinden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Target ein Barium-Target ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Blende (2) zur Begrenzung des Raumwinkels der emittierten Photonen aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Blende (5) aufweist, die den Eintritt des Photonenstrahls in¹das Zählrohr begrenzt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählrohr ein energieproportionales Zählrohr, insbesondere ein Natrium-Jodid-Zählrohr, ist, welches die Möglichkeit bietet, die die Information tragenden Photonen vom Untergrund zu trennen.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (1) und das Zählrohr (6) fest mit einer Führungseinrichtung (7) verbunden sind, durch die das Profil während der Messung wandert.
14. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zählrohr ankommenden Impulse in einem Umformer in einen der Einstrahlung proportionalen Gleichstrom umgeformt werden, der den Anzeiger, Schreiber und/oder Prozeßregler aussteuert.

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