DE3732181A1 - Vorrichtung zum erzeugen und vergleichen der funken- bzw. bogenentladungen von materialproben aus metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen der Funken- bzw. Bogenentladungen von Materialproben aus Metall und zum Vergleichen der erzeugten Entladungen miteinander und/oder bzw. mit den Funken- bzw. Bogenentladungen mindestens einer Material­ probe, deren Legierungsanteile bekannt sind.

In der metallerzeugenden und in der metallverarbeitenden Industrie besteht das Problem, Legierungen fortlaufend zu überwachen, ob die Legierungsanteile in den vorgegebenen Mengenanteilen vorhanden sind.

Zu diesem Zwecke kommen allgemein als Quantometer bezeichnete Geräte zum Einsatz, die ein Gitter für die spektralanalytische Zerlegung der zwischen einer zu untersuchenden Materialprobe und einer Gegenelektrode erzeugten Funken- bzw. Bogenentladung aufweisen. Die Intensität der Spektrallinien der Legierungskomponenten ist ein Maß für ihre Mengenanteile.

Im allgemeinen wird eine ausgewählte Linie des Grundmetalls, d. h. des Metalls, dessen Konzentration im allgemeinen über 80% beträgt als Referenzlinie gewählt, da bei diesen hohen Konzentrationen geringfügige Schwankungen der Mengenanteile die Intensität der Referenzlinie nicht beeinflussen. Zur Auswertung werden Linien der zu prüfenden Legierungskomponenten ausgewählt und ihre Intensität mit der Intensität der Referenzlinie verglichen.

Prinzipiell werden auf diese Weise die Absolutwerte der Konzen­ trationen der Legierungskomponenten bestimmt.

Es ist auch bekannt (DE-PS 25 13 267), mit einer Materialprobe, deren Legierungskomponenten auch hinsichtlich ihrer Konzentrationen bekannt sind, derartige Vorrichtungen zu eichen und dann durch Vergleich die unbekannten Mengenanteile von zu prüfenden Materialproben, die die gleichen Legierungskomponenten aufweisen, zu bestimmen.

Diese Vorrichtungen werden auch eingesetzt, um durch Vergleich zu prüfen, ob zum Beispiel in einem Bündel Stangenmaterial die Stangen aus dem gleichen Material bestehen und ob ihre Legierungskomponenten die gleichen Mengenanteile aufweisen. In diesen Fällen werden die Vorrichtungen als Vergleichsspektrometer mit einer Stange des Bündels abgeglichen und die abgeglichenen Werte mit den Werten der anderen Stangen verglichen.

Eine Bestimmung der Legierungskomponenten bzw. ihrer Anteile bzw. ein Vergleich unterteilt sich in drei Abschnitte: in die Vorfunk­ zeit, die Integrationszeit und die Meßzeit.

Während der Vorfunkzeit werden durch die Entladung bzw. den die Entladung auslösenden Funken die Oberfläche der zu prüfenden Materialprobe und der Gegenelektrode gereinigt und vergleichbare Abfunkbedingungen für die Integrationszeit geschaffen.

Während der Integrationszeit werden proportional zu den Intensitäten der Spektrallinien Integrationskondensatoren aufgeladen, deren Ladungsmengen jeweils ein Maß für die Intensitäten der Spektrallinien sind.

Während der Meßzeit werden diese Ladungsmengen ausgewertet, d. h. miteinander verglichen bzw. mit ihnen die absoluten Werte der Konzentrationen der Legierungskomponenten der Materialproben bestimmt.

Prinzipiell werden stets Spektrallinien ausgewertet bzw. mitein­ ander verglichen. Aus diesem Grunde ist es erforderlich optische Einrichtungen einzusetzen, deren Auflösungsvermögen die Genauig­ keit der Meßergebnisse bestimmt. Es kommen stets Vorrichtungen mit hochauflösenden optischen Einrichtungen zum Einsatz, im allgemeinen mit Rowlandkreisgeometrie, da die mit ihnen erzeugten Spektrallinien auf einem Kreis, dem Rowlandkreis, liegen.

Von da aus ist es ohne weiteres verständlich, daß an das Auflösungs­ vermögen extreme Anforderungen gestellt werden. Ein extrem hohes Auflösungsvermögen erfordert jedoch ein extrem genaues Justieren zum Beispiel von hochauflösenden Gittern. Dies hat zur Folge, daß bereits geringfügige Temperaturschwankungen bzw. Luftdruckschwankungen nicht mehr zu vernachlässigen sind, insbesondere dann, wenn es sich um nicht evakuierbare Optiken handelt. Konstante Betriebstemperaturen können in Laboratorien zwar ohne weiteres eingehalten werden.

Dies ist jedoch in vielen Fällen nicht möglich, insbesondere dann, wenn derartige Vorrichtungen in den Leitständen von Hochöfen oder auf der Bühne von Stranggußanlagen installiert werden.

Es sind weiterhin Vergleichsspektrometer bekannt (DE-PS 25 13 266), die beispielsweise in Lagern für Stangenmaterial, Profilen und dergleichen zum Einsatz kommen. Ihr allgemeiner Nachteil besteht jedoch darin, daß nur eine begrenzte Anzahl von Spektrallinien ausgewertet werden kann, da sie für den Transport im Vergleich zu den ortsfesten Vorrichtungen in Laboratorien (Qualitätsstellen) kleine Abmessungen aufweisen müssen.

Abgesehen von diesen Nachteilen, erfolgt die Bestimmung der Legierungskomponenten, zum Beispiel von Mangan, Nickel, Chrom stets mittels der betreffenden ausgewählten Spektrallinien, wobei jedoch in Kauf genommen werden muß, daß je nach der Zusammen­ setzung einer Legierung und der Konzentration der Legierungskomponenten einzelne Linien so dicht beieinander liegen können, daß eine Auflösung nur mit höchstauflösenden Gittern erfolgen kann, bzw. bei noch zusätzlich auftretendem störenden Hintergrund manchmal nicht möglich bzw. höchst unsicher ist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es für den sicheren Vergleich von Materialproben untereinander bzw. mit einer bekannten Materialprobe, die sich nur geringfügig in der Anzahl der Legierungskomponenten und/oder deren Konzentrationen unterscheiden, im Grunde genommen nicht genügt, mit hochauf­ lösenden Geräten einzelne Spektrallinien zu separieren und miteinander zu vergleichen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen der Funken- bzw. Bogenentladungen von Material­ proben aus Metall und zum Vergleichen der erzeugten Entladungen miteinander und/oder bzw. mit den Funken- bzw. Bogenentladungen mindestens einer Materialprobe, deren Legierungsanteile bekannt sind, zu schaffen, die ein sicheres Identifizieren der Material­ proben gewährleistet.

Im Sinne der Erfindung ist unter Vergleichen das Vergleichen der Intensitäten der zugeordneten Abschnitte bzw. der daraus bestimm­ baren Größen zu verstehen, weiterhin, daß mit diesen Intensitäten und Eichfunktionen die absoluten Konzentrationen der Legierungskomponenten bestimmt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Lösungsprinzip bei einer Vorrichtung zum Erzeugen der Funken- bzw. Bogenentladungen von Materialproben aus Metall und zum Vergleichen der erzeugten Entladungen miteinander und/oder bzw. mit den Funken- bzw. Bogenentladungen mindestens einer Materialprobe aus Metall, deren Legierungsanteile bekannt sind, dadurch gelöst, daß zum Vergleichen der Funken- bzw. Bogenentladungen der Materialproben miteinander die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnittes der Funken- bzw. Bogen­ entladungen der einzelnen Materialproben und zum Unterteilen des aufgenommenen Ausschnittes in Abschnitte aufweist, der Einrichtung mindestens ein Speicher für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Ausgangssignale der zu untersuchenden Materialproben nachgeordnet ist, und daß die Vorrichtung eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der den gleichen Abschnitten zugeordneten, gespeicherten Ausgangssignale aufweist und daß der Vergleichsein­ richtung eine Einrichtung zur Anzeige bzw. zum Auslösen eines Fehlersignals nachgeschaltet ist, wenn die Differenz der miteinander verglichenen Ausgangssignale einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Lösungsprinzip bei einer Vorrichtung zum Erzeugen der Funken- bzw. Bogenentladungen von Materialproben aus Metall und zum Vergleichen der erzeugten Entladungen miteinander und/oder bzw. mit den Funken- bzw. Bogenentladungen mindestens einer Materialprobe aus Metall, deren Legierungsanteile bekannt sind, dadurch gelöst, daß zum Ver­ gleichen der Funken- bzw. Bogenentladungen der zu prüfenden Materialproben mit der bekannten Materialprobe die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnittes der Funken- bzw. Bogenentladungen der bekannten Materialprobe und des gleichen Ausschnittes der zu prüfenden Materialproben, sowie zum Unterteilen der aufgenommenen Ausschnitte in einander zugeordnete Abschnitte aufweist, der Einrichtung mindestens ein erster Speicher für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Ausgangssignale der bekannten Material­ probe und mindestens ein zweiter Speicher für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Ausgangssignale der zu prüfenden Materialproben nachgeordnet ist, und daß die Vorrichtung eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der den gleichen Abschnitten zugeordneten, gespeicherten Ausgangssignale der bekannten Materialprobe und der zu prüfenden Materialproben aufweist und daß der Vergleichseinrichtung eine Einrichtung zur Anzeige bzw. zum Auslösen eines Fehlersignals nachgeschaltet ist wenn die Differenz der miteinander verglichenen Ausgangssignale einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

In völliger Abkehr vom Stand der Technik wird von vornherein von Identifikation der Materialproben auf Grund jeweils ausgewählter Linien für die einzelnen Legierungskomponenten abgesehen, vielmehr wird im einfachsten Fall ein Ausschnitt der einzelnen Funken- bzw. Bogenentladungen in Abschnitte unterteilt, den Intensitäten der einzelnen Abschnitte ein elektrisches Signal zugeordnet, indem beispielsweise auf optoelektronischem Wege in an sich bekannter Weise jeweils ein den einzelnen Abschnitten zugeordneter Integrationskondensator während einer fest vorge­ gebenen Ladezeit aufgeladen wird, so daß die jeweils aufgebrachte Ladung eine Maß für die auf den jeweiligen Abschnitt fallende Intensität ist und dann die erhaltenen Folgen von Intensitäten der einzelnen Materialproben entweder untereinander bzw. mit der Folge der Intensitäten einer Materialprobe bekannter Zusammen­ setzung verglichen werden.

Es zeigte sich nämlich in überraschender Weise, daß bei einer hinreichend großen Anzahl von Abschnitten die Folge der Intensitäten dieser Abschnitte die einzelnen Materialproben charakterisiert bzw. kennzeichnet, so daß sie von den anderen Material­ proben unterscheidbar sind.

Prinzipiell kann die gesamte Entladestrecke zwischen der Material­ probe und der Gegenelektrode gewissermaßen als Ausschnitt der Funken- bzw. der Bogenentladung genommen werden. In der Praxis wird die gesamte Länge der Entladestrecke in zum Beispiel gleich lange Ausschnitte unterteilt und dann zum Beispiel der der Materialprobe benachbarte Ausschnitt gewählt.

Um eine höhere Sicherheit der Bestimmung zu gewährleisten, ist es jedoch vorteilhaft, beispielsweise zwei oder drei, im Extremfall alle Ausschnitte auszuwerten und die Ausgangssignale für die verschiedenen Materialproben untereinander bzw. mit denjenigen der bekannten Materialprobe zu vergleichen.

Diese Aufgabe wird gemäß einem zweiten Lösungsprinzip bei einer Vorrichtung zum Erzeugen der Funken- bzw. Bogenentladungen von Materialproben aus Metall und zum Vergleichen der erzeugten Entladungen miteinander und/oder bzw. mit den Funken- bzw. Bogenentladungen mindestens einer Materialprobe aus Metall, deren Legierungsanteile bekannt sind, dadurch gelöst, daß zum Vergleichen der Funken- bzw. Bogenentladungen der Materialproben miteinander die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zum Aufnehmen und Zerlegen mindestens eines Ausschnittes der Funken- bzw. Bogenentladungen der einzelnen Materialproben, sowie eine Einrichtung zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes in einzelne Abschnitte aufweist, der Einrichtung zum Unterteilen mindestens ein Speicher für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Ausgangssignale der zu untersuchenden Materialproben nachgeordnet ist, und daß die Vorrichtung eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der den gleichen Abschnitten zugeordneten, gespeicherten Ausgangssignale aufweist und daß der Vergleichseinrichtung eine Einrichtung zur Anzeige bzw. zum Auslösen eines Fehlersignals nachgeschaltet ist, wenn die Differenz der miteinander verglichenen Ausgangssignale einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

Diese Aufgabe wird gemäß einem zweiten Lösungsprinzip bei einer Vorrichtung zum Erzeugen der Funken- bzw. Bogenentladungen von Materialproben aus Metall und zum Vergleichen der erzeugten Entladungen miteinander und/oder bzw. mit den Funken- bzw. Bogenentladungen mindestens einer Materialprobe aus Metall, deren Legierungsanteile bekannt sind, dadurch gelöst, daß zum Vergleichen der Funken- bzw. Bogenentladungen der zu prüfenden Materialproben mit der bekannten Materialprobe die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zum Aufnehmen und Zerlegen mindestens eines Ausschnittes der Funken- bzw. Bogenentladungen der bekannten Materialprobe und des gleichen Ausschnittes der zu prüfenden Materialproben, sowie eine Einrichtung zum Unterteilen der aufgenommenen und zerlegten Ausschnitte in einander zugeordnete Abschnitte aufweist, der Einrichtung mindestens ein erster Speicher für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Ausgangs­ signale der bekannten Materialprobe und mindestens ein zweiter Speicher für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Aus­ gangssignale der zu prüfenden Materialproben nachgeordnet ist, und daß die Vorrichtung eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der den gleichen Abschnitten zugeordneten, gespeicherten Ausgangssignale der bekannten Materialprobe und der zu prüfenden Materialproben aufweist und daß der Vergleichseinrichtung eine Einrichtung zur Anzeige bzw. zum Auslösen eines Fehlersignals nachgeschaltet ist, wenn die Differenz der miteinander verglichenen Ausgangssignale einen vorgegebenen Schwellwert über­ schreitet.

Beim zweiten Lösungsprinzip wird ebenfalls in völliger Abkehr vom Stand der Technik von vornherein von Identifikation aufgrund ausgewählter Linien der einzelnen Legierungskomponenten abgesehen.

Im Sinne der Erfindung ist unter Zerlegen zu verstehen, daß das auf die einzelnen Abschnitte auffallende Licht der Funken- bzw. Bogenentladungen spektral zerlegt wird, d. h., daß das gebildete Ausgangssignal der einzelnen Abschnitte ein Maß für die Anzahl und Intensität der auffallenden Spektrallinien ist, wobei es für den Vergleich unbeachtlich ist, ob in einen Abschnitt eine Spektrallinie der vollen Intensität oder zwei Spektrallinien der halben Intensität fallen, da bei einer entsprechend großen Anzahl von Abschnitten eine sichere Identifikation der Materialproben möglich ist, wobei die Sicherheit durch Wahl mehrerer in einzelnen Abschnitte zu unterteilende Ausschnitte erhöht werden kann.

Generell wird sowohl bei dem ersten als auch bei dem zweiten Lösungsprinzip auf eine hohe Auflösung verzichtet, so daß z. B. Temperaturschwankungen keinen Einfluß mehr haben können. Entsprechend sind auch die Anforderungen an eine Justierung geringer und die üblichen Temperaturschwankungen sind vernach­ lässigbar.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach dem zweiten Lösungsprinzip weist aufgrund der erfindungsgemäß geringen Anforderungen an die Auflösung die Einrichtung zum Aufnehmen und Zerlegen mindestens eines Ausschnittes der Funken- bzw. Bogen­ entladungen der Materialproben mindestens ein Prisma auf.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach dem zweiten Lösungsprinzip weist die Einrichtung zum Aufnehmen und Zerlegen mindestens eines Ausschnittes der Funken- bzw. Bogen­ entladungen Materialproben mindestens ein Gitter auf.

Anstelle mindestens eines Gitters kann für das Zerlegen mindestens ein Filter, zum Beispiel mindestens ein Bandpaßfilter, eingesetzt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach dem ersten beziehungsweise nach dem zweiten Lösungsprinzip weist die Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnittes der Funken- bzw. Bogenentladungen der Materialproben, sowie zum Unterteilen des aufgenommenen Ausschnittes bzw. die Einrichtung zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes in einander zugeordnete Abschnitte mindestens ein Fotodiodenarray auf.

Ein Fotodiodenarray ist im Prinzip eine Reihe von einigen Hundert miniaturisierten Fotodioden, die auf einem Chip in Halbleiter­ technik erzeugt sind. Erfindungsgemäß werden gewissermaßen den Funken- bzw. Bogenentladungen Profile zugeordnet, die aufgrund der großen Anzahl der Elemente eines Fotodiodenarrays ein Identifizieren bzw. ein Vergleichen ohne weiteres ermöglichen.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach dem ersten beziehungsweise nach dem zweiten Lösungsprinzip weist die Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnittes der Funken- bzw. Bogenentladungen der Materialproben, sowie zum Unterteilen des aufgenommenen Ausschnittes bzw. die Einrichtung zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes in einander zugeordnete Abschnitte mindestens eine Vidikonröhre auf.

In einer weiteren Ausgestaltung dieses Ausführungsbeispiels sind die Bildzeilen der Vidikonröhre senkrecht zur Entladungsstrecke ausgerichtet und elektronisch in einzelne Abschnitte unterteilt. Da für das Abtasten einer Zeile die Zeit bekannt ist, sind auch die Zeiten für das Abtasten der Abschnitte der Zeilen bekannt.

Durch die senkrechte Ausrichtung der Zeilen zur Entladungs­ strecke ist es ohne weiteres möglich, die Ausbildung einer Funken- bzw. Bogenentladung zeitlich zu erfassen. Es zeigte sich überraschenderweise, daß durch eine hinreichend große Unterteilung in Abschnitte zeitliche Profile für die einzelnen Material­ proben gewonnen werden, die charakterisch für die Zusammen­ setzung der Materialproben sind und somit zum sicheren Vergleichen der einzelnen Materialproben herangezogen werden können.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für das erste und das zweite Lösungsprinzip weist die Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnitts der Funken- bzw. Bogenentladungen der Materialproben, sowie zum Unterteilen des aufgenommenen Ausschnittes bzw. die Einrichtung zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes mehrere, den einzelnen Abschnitten zugeordnete Multiplier mit nachgeschalteten Integrationsverstärkern auf.

Durch diese Maßnahmen ist eine Vorrichtung geschaffen, die zwar kein hohes Auflösungsvermögen aufweist, die jedoch aufgrund ihres einfachen Aufbaus auf Schrottplätzen und dergleichen zum Einsatz kommen kann.

Dies gilt auch dann, falls in einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnittes der Funken- bzw. Bogenentladungen der Material­ proben, sowie zum Unterteilen des aufgenommenen Ausschnittes bzw. die Einrichtung zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes mehrere, den einzelnen Abschnitten zugeordnete Fotoelemente mit nachgeschalteten Integrationsverstärkern aufweist.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach dem ersten beziehungsweise nach dem zweiten Lösungsprinzip weist die Vorrichtung mindestens ein Filter zum Ausblenden (Selektieren) eines vorgegebenen Wellenlängenbereiches auf, wobei das Filter zwischen der Entladestrecke und der Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnittes der Funken- bzw. Bogenentladungen der Materialproben, sowie zum Unterteilen des aufgenommenen Ausschnittes bzw. der Einrichtung zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes in einzelne Abschnitte ange­ ordnet ist.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß beispielsweise nur die ultrarote beziehungsweise nur die violette Strahlung für den Vergleich herangezogen wird.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach dem ersten beziehungsweise zweiten Lösungsprinzip weist die Vorrichtung mindestens einen weiteren Speicher für die Absolutwerte mindestens einer Materialprobe, deren Legierungsanteile bekannt sind, auf.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß auch die Absolutwerte bestimmt werden können.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach dem zweiten Lösungsprinzip weist die Vorrichtung eine der Anzahl der zu prüfenden Spektren verschiedener Ordnung entsprechende Anzahl von weiteren Speichern auf.

Durch diese Maßnahmen wird die Eigensicherheit des Vergleichs noch gesteigert und weiterhin erreicht, daß zur besseren Identi­ fikation bzw. zu einem noch sicheren Vergleich zusätzlich die Spektren höherer Ordnung miteinander verglichen werden, bzw. können solche Spektren vom Vergleich ausgeschlossen werden, die einen störenden Hintergrund haben.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels für das erste Ausführungsprinzip,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels für das erste Ausführungsprinzip,

Fig. 3 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels für das zweite Ausführungsprinzip,

Fig. 4 das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels für das zweite Ausführungsprinzip,

Fig. 5 bis Fig. 8 weitere Ausführungsbeispiele nach dem ersten bzw. nach dem zweiten Lösungsprinzip.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung mit der Materialproben miteinander verglichen werden, ob sie alle die gleichen Legierungskomponenten mit den gleichen Legierungsanteilen aufweisen.

Dieses Problem tritt zum Beispiel dann auf, wenn zu prüfen ist, ob alle Stangen einer Partie Stangenmaterial identisch sind.

Mit 1₁ ist die erste Materialprobe von m Materialproben bezeichnet, die fortlaufend mit 1₂, 1₃, . . ., 1 _m , allgemein mit 1 _i (i=1 . . . m) bezeichnet sind und die nacheinander mit der Gegen­ elektrode 2 eine Entladestrecke für die Funken- bzw. Bogenentladungen 3₁, 3₂, 3₃, . . . 3 _m bilden, die unipolar bzw. bipolar sind.

Der durch die Gesichtsfeldblende 4 ausgeblendete Ausschnitt 5 _i der Funken- bzw. Bogenentladungen 1 _i (i=1 . . . m) wird von der Linse 6 auf das Fotodiodenarray 7 ausgebildet, das die n Elemente 7₁, 7₂, 7₃, . . . 7 _n aufweist.

Die n Elemente unterteilen somit den auf das Fotodiodenarray abgebildeten Ausschnitt der Funken- bzw. Bogenentladung in n Abschnitte.

Das auf jedes Element auffallende Licht führt dazu, daß während einer für alle Elemente vorgebbaren Zeit jeweils ein den einzelnen Elementen zugeordneter Integrationskondensator proportional zur aufgenommenen Intensität aufgeladen wird. Die Ladungsmenge ist somit ein Maß für die in der vorgegebenen Zeit von den Elementen jeweils aufgenommen Intensität.

Diesen Ladungsmengen werden in an sich bekannter Weise elektrische Spannungen als Ausgangssignale zugeordnet, die über den Datenbus 8* in dem Speicher 8 gespeichert werden, der im Prinzip aus m Speichern 8₁, 8₂, 8₃, . . ., 8 _m besteht.

Dem Speicher 8 sind die beiden Schieberegister 9 und 10, diesen der Differenzverstärker 11, dem Differenzverstärker das Schwellwert­ glied 12 und diesem die akustische oder optische Warn- bzw. Anzeigevorrichtung 13 nachgeschaltet.

In den Speichern 8 _i (i=1 . . . m) werden die Ausgangssignale U _i,1 . . . U _i,n (i=1 . . . n) der m Materialproben 1 _i (i=1 . . . m) gespeichert.

Über den Datenbus 9′ und das Schieberegister 9 werden die die erste Materialprobe charakterisierenden Ausgangssignale U _1,1 . . . U _1,n dem einen Eingang des Differenzverstärkers 11 und über den Datenbus 10′ und das Schieberegister 10 die Ausgangssignale U _2,1 . . . U _2,n der zweiten Materialprobe und dann die der dritten usw. zugeführt und jeweils mit den Ausgangssignalen der ersten Materialprobe verglichen.

Anschließend werden über den Datenbus 9′ und das Schieberegister 9 die Ausgangssignale U _2,1 . . . U _2,n der zweiten Materialprobe dem einen Eingang des Differenzverstärkers 11 und über den Datenbus 10′ und das Schieberegister die Ausgangssignale U _3,1 . . . U _3,n der dritten Materialprobe usw. zugeführt und mit den Ausgangssignalen der zweiten Materialprobe verglichen.

Dies erfolgt fortlaufend bis jede Materialprobe mit allen anderen Materialproben verglichen ist.

Das Differenzsignal des Differenzverstärkers wird jeweils dem Schwellwertglied 12 zugeführt. Falls das Differenzsignal einen vorgegebenen Wert über- bzw. unterschreitet, wird die Warn- bzw. Anzeigevorrichtung 13 ausgelöst.

Die Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung mit der unbekannte Materialproben mit mindestens einer bekannten Material­ probe verglichen werden.

Mit der Fig. 1 gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Das Fotodiodenarray 7 ist über den Datenbus 17 mit dem Speicher 8 und über den Datenbus 18 mit dem Speicher 8′ verbunden. Sie bestehen im Prinzip aus den Speichern 8 _i (i=1 . . . p) bzw. 8′ _i (i=1 . . . q), wobei p und q beliebige natürliche Zahlen gleich oder größer 1 sind.

Im einfachsten Falle ist p=1 und q=1. In diesem Falle werden Materialproben unbekannter Zusammensetzung nacheinander mit nur einer bekannten Materialprobe bekannter Zusammensetzung verglichen.

Zunächst wird bei geöffnetem Kontakt 14 und geschlossenem Kontakt 15 die mit dem Bogen- bzw. Funkenspektrum der bekannten Material­ probe 1′₁ gebildeten Ausgangssignale U′ _1,1 . . . U′ _1,n im Speicher 8′₁ gespeichert.

Anschließend wird der Kontakt 15 geöffnet und der Kontakt 14 geschlossen und das Funken- bzw. Bogenspektrum der ersten unbekannten Materialprobe 1₁ erzeugt.

Die ihr zugeordneten Ausgangssignale U _1,1 . . . U _1,n werden über den Speicher 8₁ von dem Schieberegister 9 dem einen Eingang des Differenzverstärkers 11 zugeführt, dessen anderen Eingang das Schieberegister 10 die gespeicherten Ausgangssignale U′ _1,1 . . . U′ _1,n der bekannten Materialprobe zuführt.

Die Ausgangssignale werden miteinander verglichen, indem U₁ mit U′₁ verglichen wird usw.

Nach der Prüfung der ersten unbekannten Materialprobe wird der Speicher 8 gelöscht und die nächste unbekannte Materialprobe geprüft.

In vielen Fällen ist es jedoch erwünscht, daß nach dem Prüfen die Werte der Materialproben gespeichert bleiben. Zu diesem Zwecke weist der Speicher 8 für m zu prüfende Materialproben m Speicher (p=m) auf.

Für den Fall, daß die zu prüfenden Materialproben mit mehr als einer bekannten Materialprobe verglichen werden sollen, zum Beispiel m, weist der Speicher 8′ _m Speicher 8′ _i auf (i=1 . . . m).

Zum Ausdrucken der gespeicherten Werte der geprüften Material­ proben ist an das Schieberegister 8 ein nicht dargestellter Drucker angeschlossen.

Die Fig. 3 zeigt ebenfalls das Blockschaltbild einer Vorrichtung mit der Materialproben miteinander verglichen werden, ob sie alle die gleichen Legierungskomponenten mit den gleichen Legierungs­ anteilen aufweisen.

Das Blockschaltbild der Fig. 3 unterscheidet sich von dem Blockschaltbild der Fig. 1 nur dadurch, daß mit einem Rowland­ gitter eine Zerlegung des Lichtes der Funken- bzw. Bogenentladungen erfolgt, die dann auf das Fotodiodenarray abgebildet werden.

Mit der Fig. 1 gleiche Teile sind den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Funken- bzw. Bogenentladungen werden über die Linse 19 und den Primärspalt 20 auf das Rowlandgitter 21 abgebildet und spektralanalytisch zerlegt.

Der geometrische Ort an dem die Spektrallinien scharf abgebildet sind, ist der Rowlandkreis, der strichliert eingezeichnet und mit 22 bezeichnet ist.

Das Fotodiodenarray ist übertrieben distanziert zum Rowlandkreis in der Fig. 3 eingezeichnet.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß es unbeachtlich ist, ob das Fotodiodenarray exakt auf dem Rowlandkreis angeordnet ist bzw. nicht, da aufgrund seiner Unterteilung in Elemente, deren Breite erheblich größer ist als die Breite der Spektrallinien, es nicht erforderlich ist, daß die Spektrallinien scharf auf die Elemente abgebildet werden.

Es ist auch unerheblich, ob eine unscharf abgebildete Spektrallinie auf ein Element fällt oder auf zwei Elemente, da für alle zu prüfenden Materialproben die gleichen Bedingungen gelten.

Aus der Fig. 3 ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Anordnung aus Rowlandgitter, Primärspalt, Linse und Fotodiodenarray kompakt zusammengefaßt werden kann, da es auf eine scharfe Abbildung der Spektrallinien nicht ankommt. Insoweit ist es nicht mehr erforder­ lich die Geometrie des Rowlandkreises zugrunde zu legen, es kann nämlich ein beliebiges Gitter gewählt werden, da es auf die Vorteile eines Rowlandgitters nicht mehr ankommt.

Der Vergleich der zu prüfenden Materialproben miteinander erfolgt in der gleichen Weise wie anhand der Fig. 1 beschrieben.

Die Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung mit der unbekannte Materialproben mit mindestens einer bekannten Material­ probe verglichen werden.

Sie unterscheidet sich von dem Blockschaltbild der Fig. 2 nur dadurch, daß mit einem Rowlandgitter in der gleichen Weise wie in Fig. 3 eine Zerlegung des Lichtes der Funken- bzw. Bogenent­ ladung erfolgt, das dann auf das Fotodiodenarray abgebildet wird.

Abgesehen von dieser Zerlegung des Lichtes der Funken- bzw. Bogenentladung arbeitet die Vorrichtung nach Fig. 4 in der gleichen Weise wie die Vorrichtung nach Fig. 2.

An die Stelle eines Gitters kann gemäß Fig. 5 auch ein Prisma treten, das mit 23 bezeichnet ist. Das Fotodiodenarray ist ebenfalls mit 7 bezeichnet. An das Fotodiodenarray schließt sich die in Fig. 3 bzw. 4 umrandet gezeichnete Schaltung an.

Die Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Blockschaltbilder der Fig. 1 und 2 in der Weise, daß das Fotodiodenarray durch eine Vidikonröhre 24 ersetzt ist. Die Speicher 8 und 8′ arbeiten in diesem Falle nach dem Prinzip eines Videorekorders.

Im Prinzip erfolgt der Vergleich der unbekannten Materialproben wie in Fig. 1 bzw. Fig. 3, wobei der Kontakt 26 des Datenbusses 25 geschlossen und der Kontakt 27 des Datenbusses 10′ geöffnet ist.

Der Vergleich unbekannter Materialproben mit einer bekannten Materialprobe erfolgt entsprechend wie in Fig. 2 bzw. Fig. 4, wobei der Kontakt 26 des Datenbusses 25 geöffnet und der Kontakt 27 des Datenbusses 10′ geschlossen ist.

Die Fig. 7 zeigt schematisch die Draufsicht auf die Gesichts­ fehlblende der Fig. 6.

Sie blendet einen rechteckigen Bereich 28 der Funken- bzw. Bogenentladungen auf die Vidikonröhre ab. Die Richtung der Zeilen 29 verläuft senkrecht zur Entladestrecke. Da die Ablenkzeit für die Zeilen bekannt ist, ist es ohne weiteres möglich, den zeitlichen Verlauf der sich ausbildenden Funken- bzw. Bogenent­ ladungen zu verfolgen, zu speichern und für die verschiedenen Materialproben miteinander zu vergleichen. Da Materialproben eine spezifische Ausbildung der Funken- bzw. Bogenentladung haben, ist es möglich, sie anhand dieser zeitlichen Profile miteinander zu vergleichen bzw. zu identifizieren.

Die Fig. 8 zeigt eine Weiterbildung des Blockschaltbildes der Fig. 6.

Zusätzlich zur Vidikonröhre 24 ist zur Prüfung eines zweiten Ausschnittes 5′ der Bogen- bzw. Funkenentladungen eine zweite Vidikonröhre vorgesehen. Die beiden Ausschnitte werden von der Gesichtsfeldblende 30 ausgeblendet.

Mit der Fig. 6 gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Der Vidikonröhre 24 ist der Speicher 31 nachgeschaltet, der aus zwei Speichern 8 und 8′ besteht. Gleiches gilt für den der Vidikonröhre 29 nachgeschalteten Speicher 32.

Vom Speicher 31 führt zum Schieberegister 10 ein Datenbus 33, der den Kontakt 34 aufweist. Vom Speicher 32 führt zum Schieberegister 9 ein Datenbus 35, der den Kontakt aufweist.

Im Datenbus 38 der Vidikonröhre 24 zum Speicher 31 ist ein Kontakt 38, im Datenbus der Vidikonröhre 39 zum Speicher 32 ist ein Kontakt 37 angeordnet.

Bei geöffneten Kontakten 36 und 37, geschlossenen Kontakten 34 und 38 werden die Ausschnitte 5, bei geschlossenen Kontakten 36 und 37, geöffneten Kontakten 34 und 38 werden die Ausschnitte 5′ der Bogen- bzw. Funkenentladungen in der gleichen Weise wie in Fig. 6 ausgewertet.

Durch den Vergleich mehrerer Ausschnitte der Bogen- bzw. Funkenentladungen wird die Sicherheit der Auswertung erhöht.

Entsprechend können mit einer Vorrichtung nach dem Blockschalt­ bild der Fig. 8 bei dem Einsatz von Gittern nach Fig. 4 die Spektren höherer Ordnung ausgewertet werden oder auch mit zwei Gittern jeweils ein Ausschnitt 5 bzw. 5′ der Funken- bzw. Bogenentladungen wie in Fig. 8. Entsprechendes gilt beim Einsatz von Prismen.

Anstelle der Fotodiodenarrays in den Fig. 1 bis 5 können Fotoelemente bzw. Multiplier mit nachgeschalteten Integrations­ verstärkern zum Einsatz kommen.

Anstelle der in den Speichern 8′ gespeicherten Werte bekannter Materialproben können auch anhand bekannter Materialproben ermittelte Eichfunktionen gespeichert werden und dann durch einen Vergleich die Zusammensetzung unbekannter Materialproben bestimmt werden.

Weiterhin können für eine Zerlegung vor den Vidikonröhren Gitter, Prismen oder Filter angeordnet werden.

Statt des Filters können auch mehrere Filter nacheinander vorgeschaltet werden, um eine sequentielle Zerlegung zu diese erreichen. Eine sequentielle Zerlegung kann prinzipiell bei allen Vorrichtungen nach den Fig. 1 bis 8 vorgenommen werden.

Die Sicherheit bei der Bestimmung der Anteile der Legierung­ komponenten kann bedeutend erhöht werden, indem zum Beispiel anstelle von zwei Ausschnitten wie in Fig. 8 eine beliebig größere Anzahl von Ausschnitten gewählt wird. Falls mit Ausnahme eines Ausschnittes die Vergleichswerte der anderen Ausschnitte übereinstimmen, werden die Ergebnisse dieses einen Ausschnittes verworfen. Entsprechend können anstelle mehrerer Ausschnitte die Spektren verschiedener Ordnung zum Vergleich herangezogen werden bzw. auch eine Kombination beider.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Erzeugen der Funken- bzw. Bogenentladungen von Materialproben aus Metall und zum Vergleichen der erzeugten Entladungen miteinander und/oder bzw. mit den Funken- bzw. Bogenentladungen mindestens einer Materialprobe aus Metall, deren Legierungsanteile bekannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleichen der Funken- bzw. Bogenentladungen der Material­ proben miteinander die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung (4, 6, 7) zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnittes (5) der Funken- bzw. Bogenentladungen (3) der einzelnen Materialproben (1) und zum Unterteilen des aufgenommenen Ausschnitts in Abschnitte (7 _i ) aufweist, der Einrichtung mindestens ein Speicher (8) für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Ausgangs­ signale der zu untersuchenden Materialproben nachgeordnet ist, und daß die Vorrichtung eine Vergleichseinrichtung (11) zum Vergleich der den gleichen Abschnitten zugeordneten, gespeicherten Ausgangs­ signale aufweist und daß der Vergleichseinrichtung eine Einrichtung (13) zur Anzeige bzw. zum Auslösen eines Fehlersignals nachgeschaltet ist, wenn die Differenz der miteinander verglichenen Ausgangssignale einen vorgegebenen Schwellwert über­ schreitet.

2. Vorrichtung zum Erzeugen der Funken- bzw. Bogenentladungen von Materialproben aus Metall und zum Vergleichen der erzeugten Entladungen miteinander und/oder bzw. mit den Funken- bzw. Bogenentladungen mindestens einer Materialprobe aus Metall, deren Legierungsanteile bekannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleichen der Funken- bzw. Bogenentladungen der zu prüfenden Materialproben mit der bekannten Materialprobe die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung (4, 6, 7) zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnitts (5) der Funken- bzw. Bogenent­ ladungen (3) der bekannten Materialprobe und des gleichen Aus­ schnitts der zu prüfenden Materialproben, sowie zum Unterteilen des aufgenommenen Ausschnittes in einander zugeordnete Abschnitte (7 _i ) aufweist, der Einrichtung mindestens ein erster Speicher (8) für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Ausgangssignale der bekannten Materialprobe und mindestens ein zweiter Speicher (8′) für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Ausgangssignale der zu prüfenden Materialproben nachgeordnet ist, und daß die Vorrichtung eine Vergleichseinrichtung (11) zum Vergleich der den gleichen Abschnitten zugeordneten, gespeicherten Ausgangssignale der bekannten Materialprobe und der zu prüfenden Materialproben aufweist und daß der Vergleichsein­ richtung eine Einrichtung (13) zur Anzeige bzw. zum Auslösen eines Fehlersignals nachgeschaltet ist, wenn die Differenz der miteinander verglichenen Ausgangssignale einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

3. Vorrichtung zum Erzeugen der Funken- bzw. Bogenentladungen von Materialproben aus Metall und zum Vergleichen der erzeugten Entladungen miteinander und/oder bzw. mit den Funken- bzw. Bogenentladungen mindestens einer Materialprobe aus Metall, deren Legierungsanteile bekannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleichen der Funken- bzw. Bogenentladungen der Material­ proben miteinander die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung (21) zum Aufnehmen und Zerlegen mindestens eines Ausschnitts der Funken- bzw. Bogenentladungen der einzelnen Materialproben, sowie eine Einrichtung (7) zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes in einzelne Abschnitte (7 _i ) aufweist, der Einrichtung zum Unterteilen mindestens ein Speicher (8) für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Ausgangssignale der zu untersuchenden Materialproben nachgeordnet ist, und daß die Vorrichtung eine Vergleichseinrichtung (11) zum Vergleich der den gleichen Abschnitten zugeordneten, gespeicherten Ausgangs­ signale aufweist und daß der Vergleichseinrichtung eine Einrichtung (13) zur Anzeige bzw. zum Auslösen eines Fehlersignals nachgeschaltet ist, wenn die Differenz der miteinander verglichenen Ausgangssignale einen vorgegebenen Schwellwert über­ schreitet.

4. Vorrichtung zum Erzeugen der Funken- bzw. Bogenentladungen von Materialproben aus Metall und zum Vergleichen der erzeugten Entladungen miteinander und/oder bzw. mit den Funken- bzw. Bogenentladungen mindestens einer Materialprobe aus Metall, deren Legierungsanteile bekannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleichen der Funken- bzw. Bogenentladungen der zu prüfenden Materialproben mit der bekannten Materialprobe die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung (21) zum Aufnehmen und Zerlegen mindestens eines Ausschnitts der Funken- bzw. Bogen­ entladungen der bekannten Materialprobe und des gleichen Aus­ schnitts der zu prüfenden Materialproben, sowie eine Einrichtung (7) zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes in einander zugeordneten Abschnitte (7 _i ) aufweist, der Einrichtung mindestens ein erster Speicher (8) für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Ausgangssignale der bekannten Material­ probe und mindestens ein zweiter Speicher (8′) für die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Ausgangssignale der zu prüfenden Materialproben nachgeordnet ist, und daß die Vorrichtung (11) eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der den gleichen Abschnitten zugeordneten, gespeicherten Ausgangssignale der bekannten Materialprobe und der zu prüfenden Materialproben aufweist und daß der Vergleichseinrichtung eine Einrichtung (13) zur Anzeige bzw. zum Auslösen eines Fehlersignals nachgeschaltet ist, wenn die Differenz der miteinander verglichenen Ausgangs­ signale einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufnehmen und Zerlegen mindestens eines Ausschnitts der Funken- bzw. Bogenentladungen Materialproben mindestens ein Prisma (23) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufnehmen und Zerlegen mindestens eines Ausschnitts der Funken- bzw. Bogenentladungen Materialproben mindestens ein Gitter (21) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, beziehungsweise nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichet, daß die Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnitts der Funken- bzw. Bogenentladungen Materialproben, sowie zum Unter­ teilen des aufgenommenen Ausschnittes bzw. die Einrichtung zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes in einander zugeordnete Abschnitte mindestens ein Fotodiodenarray (7) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, beziehungsweise nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnitts der Funken- bzw. Bogenentladungen Materialproben, sowie zum Unter­ teilen des aufgenommenen Ausschnittes bzw. die Einrichtung zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes in einander zugeordnete Abschnitte mindestens eine Vidikonröhre (24) weist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildzeilen der Vidikonröhre senkrecht zur Entladungsstrecke ausgerichtet sind und elektronisch in einzelne Abschnitte unterteilt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, beziehungsweise nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnitts der Funken- bzw. Bogenentladungen Materialproben, sowie zum Unter­ teilen des aufgenommenen Ausschnittes bzw. die Einrichtung zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes mehrere, den einzelnen Abschnitten zugeordnete Multiplier mit nachgeschalteten Integrationsverstärkern aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, beziehungsweise nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnitts der Funken- bzw. Bogenentladungen Materialproben, sowie zum Unter­ teilen des aufgenommenen Ausschnittes bzw. die Einrichtung zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes mehrere, den einzelnen Abschnitten zugeordneten Fotoelemente mit nachge­ schalteten Integrationsverstärkern aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens ein Filter zum Ausblenden (Selektieren) eines vorgegebenen Wellenlängenbereiches aufweist und das Filter zwischen der Entladestrecke und der der Einrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Ausschnitts der Funken- bzw. Bogen­ entladungen der Materialproben, sowie zum Unterteilen des aufgenommenen Ausschnittes bzw. der Einrichtung zum Unterteilen des aufgenommenen und zerlegten Ausschnittes in einzelne Abschnitte angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens einen weiteren Speicher für die Absolutwerte mindestens einer Materialprobe, deren Legierungs­ anteile bekannt sind, aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine der Anzahl der zu prüfenden Spektren verschiedener Ordnung entsprechende Anzahl von weiteren Speichern aufweist.