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Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von metallischen Proben.
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für die spektralanalytische Untersuchung.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von metallischen Proben
für die spektralanalytische Untersuchung, wobei die Proben im flüssigen Zustand
entnommen werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Unter metallischen Proben sind im folgenden zu verstehen: Roheisenproben,
aus Konvertern, Elektroöfen, Induktionsöfen usw., während der Erschmelzung gezogene
Proben aus Stahl bzw.
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aus Nichteisenlegierungen.
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Zur Metallherstellung ist bekanntlich eine Analyse erforderlich, damit
die Zusammensetzung der jeweiligen Charge bestinunt werden kann. Im al.lgeaneinen
erfolgt die Erzeugung in Konvertern, Elektroöfen, Induktionsöfen usw., denen vor
Beendigung der metallurgischen Prozesse mittels Tauchlanzen Tauchproben entnommen
werden. Durch eine Schnellanalyse wird dann festgestellt, oh eine Temperatur- und/oder
Analysenkorrektur erforderlich ist. Die Analysen werden hauptsächlich spektralanalytisch
durchgeführt, indem zwischen der blanken Oberfläche einer Probe und einer Gegenelektrode
ein Funkenspektrum ausgelöst wird, dessen Linien mittels einer Spektrographen ausgewertet
werden. Zu diesem Zwecke werden z. B.
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Löffelproben nach Abguß in eine formgeiende Kokille durch Wasser abgeschreckt
bzw. gekühlt, anschließend werden Probestücke abgetrennt. Diese müssen vor einer
spoktralanalytischen Untersuchung zur Erzeugung einer ebenen und zunderfreien Prüffläche
abgeschliffcn werden. Die abgeschliffene
blanke Oberfläche wird
anschließend als Prüffläche einer visuellen Prüfung unterzogen. Damit das Funkenspektrum
ordnungsgemäß auf das Gitter abgebildet wird, dürfen die Prüfflächen weder Haarrisse
noch Lunker aufweisen. Vielfach sind jedoch die Haarrisse und Lunker so fein, daß
sie auch vom Fachpersonal mit großer fachlicher Erfahrung übersehen werden können.
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Dies gilt nicht nur für Löffelproben, sondern auch für Tauchproben,
die mittels einer in einer Kokille angeordneten Tauchkokille aus Konvertern entnommen
werden.
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Ein visuelles Erkennen scheidet auch dann aus, wenn die Lunker dicht
unterhalb der geschliffenen Fläche verlaufen, wobei ihr Abstand so gering sein kann,
daß die Funkenentladungen durch die optisch einwandfreie Oberfläche in die Lunker
durch schlagen können. Die Lunker können noch aus anderen Gründen zu einer fehlerhaften
Spektralanalyse führen: Lunker entstehen bekanntlich dadurch, daß Proben Gasblasen
enthalten können, die während des Abkühlens zu Hohlräumen führen. Während des Abfunkens
können eingeschlossene Gase chemische Reaktionen auslösen. Weiterhin kann die Lunkerbildung
zur Folge haben, daß die lokale Materialzusammensetzung von der durchschnittlichen
Zusammensetzung der Materialprobe abweicht, so daß eine wesentliche Voraussetzung
für eine ordnungsgemäße Analyse nicht gegehen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zum Prüfen von metallischen Proben für die spektralana lytische Untersuchung
zu schaffen, das ein sicheres Feststellen einer riss- und lunkerfreien Prüffläciie
der metallischen Proben gewährleistet.
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Unter einer riss- und lunkerfreien Prüffläche ist im folgenden zu
el-stehell, daß weder Risse noch Lunker in die metallische, im allgeme.inen von
Zunder bedeckte Oberfläche
der Proben auslaufen und daß die etwaigen
Lunker im Inneren der Proben einen hinreichend großen Abstand von der Prüffläche
haben, so daß sie das spektralanalytische Analysenergebnis nicht verfälschen können.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß beim Abkühlen von schmelzflüssigen
Proben, die eine homogene Durchmischung aufweisen und frei von Haarrissen und Lunkern
sind, die Prüffläche homogen, d. h. gleichmäßig Infrarotstrahlung emittiert, d.
h., daß bei beliebiger Zerlegung der Prüffläche in einzelne Bereiche diese Bereiche
das gleiche Emissionsverhalten aufweisen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die metallischen
Proben nach Erreichen der Erstarrungstemperatur zum Feststellen einer riss- und
lunkerfreien Prüffläche auf eine gleichmäßige Emission der Infrarotstrahlung yeprüft
und bei einer ungleichmäßigen Emission vor dem Analysengang aussortiert werden.
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß Proben, die bisher visuell in Ordnung befunden
wurden, jedoch erst aufgrund des spektralanalytischen Ergebnisses verworfen werden
konnten, schon frühzeitig aussortiert werden, so daß somit ein schneller Probendurchlauf
gewährleistet wird, was insbesondere im Hinblick auf einen Konverterbetrieb von
großer Wichtigkeit ist. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß es unabhängig von etwaigem Zunder auf der Prüffläche ist. Bei
gleichmäßiger Emission der Infrarotstrahlung werden die Proben als ordnungsgemäß
klassifiziert, in an sich bekannter Weise einer Schleifstation zugeführt, in der
sie vor der Durchführung der spektralanalytischen Untersuchung tklalysengang) blank
geschliffen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß
eine Prüfung der Proben vor dem Schleifen erfolgt. Es ermöglicht weiterhin erstmalig
eine vollalltomatische spektralanalytische
Untersuchung, die ein
sicheres Erkennen einer ordnungsgemäßen Prüffläche voraussetzt.
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Es zeigte sich überraschend, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren
auch Lunker erfaßt werden, die sich dicht unterhalb der Prüffläche befinden, so
daß auch Proben aussortiert werden, bei denen die Gefahr besteht, daß der Funken
durch die an sich einwandfreie Prüffläche in den Lunker durchschlagen könnte.
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Gemäß einem ersten Ausführungsprinzip wird bei den einzelnen Proben
der Mittelwert der Infrarotstrahlung bezogen auf die Prüffläche gebildet, der Mittelwert
mit der Infrarotstrahlung der einzelnen Bereiche der Prüffläche verglichen und bei
einer Abweichung der Werte von dem Mittelwert die betreffende metallische Probe
vor dem Analysengang aussortiert. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß unabhangig
von der metallurgischen Zusammensetzung der zu untersuchenden Probe durch die Mittelwertbildung
ein Bezugnormal für jede Probe bestilett wird, auf das dann die Abweichungen bezogen
werden.
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Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn nacheinander Proben
von unterschiedlicher Zusammensetzung zu prüfen sind, die aufgrund ihrer unterschiedlichen
Wärmeleitung eine grössere bzw. geringere Abkühlung aufweisen, was sich in einer
entsprechenden Änderung der Infrarotstrahlung bemerkbar macht. Dieses Ausführungsprinzip
kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß auf Infrarotstrahlung ansprechende
Dioden nach einem Raster angeordnet werden und auf dieses Raster die Prüffläche
der Proben abgebildet wird. Die einzelnen Rasterfelder definieren dann die Bereiche
der einzelnen Proben.
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Gemäß einem zweiten Ausführungsprinzip wird von der die Infrarotstrahlung
cmittierendell Oberfläche der metallischen Probe ein Thermogramm aufgenommen und
bei einer optischen
Abweichung der einzelnen Bereiche des Thermogramms
voneinander die metallische Probe vor dem Analysengang aussortiert.
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Die Aufzeichnung des Thermogramms der Probe erfolgt beispielsweise
in an sich bekannter Weise, indem das Thermogramm auf einem Display angezeigt und
von dem Bedienungspersonal visuell ausgewertet werden kann. Es ist auch möglich,
das auf dem Display angezeigte Thermogramm mi.ttels Leuchtdioden abzutasten, die
bei unterschiedlichen Ausgangswerten ein Signal zum Aussortieren der metallischen
Probe abgeben.
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Gemäß einem dritten Ausführungsprinzip wird mittels einer Infrarotkamera
das Bild einer Infrarotstrahlung emittierenden Eichprobe auf genommen und gespeichert,
anschließend werden die Bilder der Prüffläche der zu prüfenden Proben aufgenommen,
die Bilder dieser Prüffläche mit dem Speicherbild verglichen und bei einer Abweichung
der Bilder von dem Speicherbild die Proben vor dem Analysengang aussortiert.
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Erfindungsgemäß weist eine Vorrichtung (Ausführungsbeispiel) zur Durchführung
dieses dritten Ausführungsprinzips eine Gesichtsfeldblende zwischen der jeweils
zu prüfenden Probe und der Videokamera auf, weiterhin einen Speicher für das Speicherbild
und eine Vergleichseinrichtung für den Vergleich des Speicherbildes mit den Probenbildern,
die bei einer Abweichung der Probenbilder von dem Speicherbild ein Signal zum Aussortieren
der betreffenden Proben abgibt.
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Die Erfindung wird in der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein
Funktionsdiagramm und Fig. 2 ein Blockschalthild einer Vorrichtung (Ausführungsbeispel),
In
Fig. 1 ist mit 1 eine Lanze zur Entnahme von Tauchproben bezeichnet. Die in an sich
bekannter Weise entnommene Tauchprobe wird der Auspackstation 2 zugeführt. Die Tauchprobe
hat nach der Entnahme eine Temperatur, die unterhalb der Erstarrungstemperatur liegt.
Je nach der umgebenden Atmosphäre (Luft, inertes Mcdium) kann sich auf der Prüffläche
der Probe Zunder bilden, der jedoch auf das erfindungsyemäße Verfahren keinen Einfluß
hat. Während des weiteren Abkühlens wird die Prüffläche erfindungsgemäß untersucht,
indem die Prüffläche der Probe auf eine gleichmäßige Emission der Infrarotstrahlung
geprüft wird. Dies erfolgt prinzipiell mit einem oder mehreren auf Infrarotstrahlung
ansprechenden Detektoren, z.B. Infrarotdioden oder auch Infrarotkameras, die die
gesamte Prüffläche bzw. bereichsweise die Prüffläche der Probe abtasten und bei
voneinander abweichenden Ausgangssignalen einen Befehl zum Aussortieren der Proben
abgeben. Diese Infrarotmessungen werden in der Station 3 durchgeführt Die Ergebnisse
können auf einem Display 4 optisch dargestellt werden Mit 5 ist schematisch ein
derartiger Detektor bezeichnet. Bei ordnungsgemäßen Prüffläche gelangt die Probe
in die Markierungsstation 6, in der die Probe markiert wird. Dies kann z.B. durch
Klebstreifen, Prägestempel, Magnetchips oder eine Farbdokierung usw. erfolgen. Die
Markierung der Proben wird zur weiteren Indentifizierung in einen Speicher eingegeben,
der die in das Spektrometer 7 einlaufenden Proben identifiziert. Dem Spektrometer
ist eine Kühlstation 8 vorgeschaltet.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen dritten Ausführungsprinzips mittels einer Infrarotkamera.
Zwischen der Infrarotkanera 9 und den durch ihr Gesichtsfeld taktweise transportierten
Proben 10 befindet sich eine Gesichtsfeldblende 11,
die einen etwas
kleineren Durchmesser hat als der kleinste Durchmesser der Proben. Durch diese Maßnahme
wird auf jeder Probe eine Prüffläche definiert und zwar im Hinblick darauf, daß
die Funkenentladungen stets ab einem gewissen Abstand vom Rand der Proben ausgelöst
werden, um unkontrollierte Funkenentladungen zwischen dem Probentisch und der Gegenelektrode
zu vermeiden. Mit der Gesichtsfeldblende werden gleich große Prüfflächen für die
Videokamera definiert. Der Infrarotkamera sind ein Speicher 12 sowie eine Vergleichseinrichtung
13 über einen Umschalter 13 nachgeschaltet. In der oberen Stellung des Umschalters
wird das Eichbild einer Musterprobe in dem Speicher gespeichert. In der unteren
Stellung des Umschaltcrs wird jeweils das Bild der Prüffläche einer Probe von der
Vergleichseinrichtung mit dem Speicherbild verglichen. Falls eine Abweichung besteht,
gibt diese Vergleichseinrichtung ein Signal zum Aussortieren der betreffenden Probe
ab.