DE4315988A1 - Vorrichtung zur Erstellung eines Rohdichteprofils über die Dicke einer Platte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (IEEE Proceed­ ings - 1989 Southeastcon, Session 12D2, Seiten 1366 bis 1371) wird eine aus einer Span- oder Faserplatte ausge­ schnittene Probe durch einen Gammastrahl einer Meßvor­ richtung hindurchbewegt (S. 1367, Fig. 2). Der Gamma­ strahl verläuft rechtwinklig zu einer Schmalfläche der Probe und durchdringt die Probe auf ihrer gesamten Länge. Es handelt sich hier um eine Laborvorrichtung. Die Proben werden aus der laufenden Plattenproduktion entnommen und durchgemessen. Nachteilig sind die Zerstö­ rung von Platten für die Probenentnahme und die lange Dauer, bis das Rohdichteprofil vorliegt. Die Produktion läßt sich nur mit entsprechender Verzögerung nachsteu­ ern. Nachteilig ist auch, daß sich das Rohdichteprofil nur als Mittelwert über die gesamte Länge der Probe ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Rohdichte­ profil des Werkstücks schneller und genauer zu erstel­ len.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Als Strahlung ist eine elektromagnetische Strahlung, also z. B. Röntgen- oder Gamma-Strahlung oder Mikrowellen geeignet, aber auch Korpuskularstrahlen wie Alpha-, Beta- oder eine Neutronenstrahlung sowie eine Strahlung aus beschleunigten Elektronen, aber auch Ultraschallwellen. In jedem Fall wird die Rückstreuung dieser Strahlung detektiert. Bei größerer Rohdichte des Werkstücks wird stärker rückgestreut und umgekehrt.

Von besonderem Vorteil ist, daß die Rohdichteermittlung jetzt nicht mehr auf die Schmalflächen der Platte einge­ schränkt ist. Vielmehr kann erfindungsgemäß an jeder beliebigen Stelle der Platte zerstörungsfrei gemessen werden. Das Werkstück selbst kann sowohl die bekannte, aus einer Platte herausgeschnittene Probe, als auch die gesamte Platte selbst sein. Im letzteren Fall kann eine ganze Platte aus dem Herstellungsprozeß abgezweigt und zerstörungsfrei zur Erstellung eines oder mehrerer Rohdichteprofile untersucht werden. Es kann aber auch mit besonderem Vorteil ebenso zerstörungsfrei und ebenso an beliebig vielen Stellen einer Platte "on line", also während des Herstellungsprozesses, an den Platten selbst das Rohdichteprofil erstellt werden. In all diesen Fällen wird das Rohdichteprofil vergleichsweise schnell und sicher erstellt. So können Fehlertendenzen im Her­ stellungsprozeß frühzeitig geortet und abgestellt wer­ den. Dies führt zu einer erheblichen Qualitätsverbesse­ rung der Werkstücke bei Verringerung des Ausschusses.

Die Strahlungsquellen gemäß Anspruch 2 weisen vorzugs­ weise in der Reihenfolge ihrer Einwirkung auf die Ziel­ stelle zunehmende Energie auf. In diesem Fall ist die Rohdichteprofil-Erstellung durch Differenzbildung er­ leichtert.

Gemäß Anspruch 3 können die Strahlungsquellen verhält­ nismäßig einfach auf den zugehörigen Detektor einge­ stellt werden.

Die Merkmale des Anspruchs 4 bieten apparative und funk­ tionelle Vorteile.

Gemäß Anspruch 5 kann die Steuerung der Strahlungsquelle stufenlos oder in Stufen erfolgen. In allen Fällen ergibt sich das Rohdichteprofil sehr schnell und sicher. Geeignet sind hierfür alle Strahlungsarten mit Ausnahme der Gamma-Strahlung. Der Ultraschallgeber kann in seiner Intensität und/oder seiner Frequenz steuerbar sein.

Die Merkmale des Anspruchs 6 gestatten es, in jedem Fall eine gut auswertbare Rückstreuung zu erhalten.

Gemäß Anspruch 7 wird stets ein optimales Rückstreuver­ halten angestrebt und erreicht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei­ spielen anhand der Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer wiederum anderen Ausführungsform der Vorrichtung und

Fig. 4 ein typisches Rohdichteprofil.

In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zur Erstel­ lung eines Rohdichteprofils über die Dicke 2 eines plattenförmigen Werkstücks 3, z. B. einer Span- oder Faserplatte, dargestellt.

Das Werkstück 3 wird in einer Bewegungsrichtung 4 durch die Vorrichtung 1 hindurchbewegt. Dabei wird zunächst von einer ersten Strahlungsquelle 5 eine erste Strahlung 6 auf eine erste Zielstelle 7 an der Oberfläche des Werkstücks 3 gerichtet.

Die erste Strahlung 6 ist von nur geringer Energie, so daß sie im wesentlichen bis zu einer verhältnismäßig geringen ersten Tiefe 8 in das Werkstück 3 eindringt. Eine erste Rückstreuung 9 wird von einem ersten Detektor 10 aufgefangen und in ein elektrisches Signal gewandelt, das über eine erste Leitung 11 einer Einrichtung 12 zur Erstellung des Rohdichteprofils zugeführt wird.

Die erste Strahlung ist in Fig. 1 als Strich darge­ stellt. Je nach dem Einsatzfall kann die Querschnitts­ fläche der ersten Strahlung 6 und der nachfolgend zu beschreibenden zweiten Strahlung 13 und dritten Strah­ lung 14 punktförmig, schlitzförmig oder in beliebiger Weise flächig ausgestaltet sein.

Die Vorrichtung 1 weist in der Bewegungsrichtung 4 hinter dem ersten Detektor 10 eine zweite Strahlungs­ quelle 15 auf, die die zweite Strahlung 13 auf eine zweite Zielstelle 16 an der Oberfläche des Werkstücks 3 richtet. Die zweite Strahlung 13 ist von höherer Energie als die erste Strahlung 6 und dringt daher bis zu einer größeren zweiten Tiefe 17 in das Werkstück 3 vor. Eine zweite Rückstreuung 18 wird von einem zweiten Detektor 19 aufgefangen und in ein elektrisches Signal gewandelt, das über eine zweite Leitung 20 in die Einrichtung 12 eingespeist wird.

Die zweite Zielstelle 16 hat sich zuvor an derjenigen Stelle befunden, an der in Fig. 1 die erste Zielstelle 7 angeordnet ist. Das dort gewonnene Rückstreuungssignal ist in der Einrichtung 12 gespeichert worden und steht jetzt zur Differenzbildung mit dem aus der zweiten Rückstreuung 18 gewonnenen Signal zur Verfügung. Aus dieser Differenzbildung läßt sich dann eine Aussage über die Rohdichte in der zweiten Tiefe 17 gewinnen.

In der Bewegungsrichtung 4 nach dem zweiten Detektor 19 weist die Vorrichtung 1 eine dritte Strahlungsquelle 21 auf, die die dritte Stahlung 14 auf eine dritte Ziel­ stelle 22 an der Oberfläche des Werkstücks 3 richtet. Die dritte Strahlung 14 ist von wiederum größerer Ener­ gie als die zweite Strahlung 13 und dringt daher bis zu einer noch größeren dritten Tiefe 23 in dem Werkstück 3 vor. Daraus ergibt sich eine dritte Rückstreuung 24, die von einem dritten Detektor 25 aufgefangen und in ein elektrisches Signal gewandelt wird, das über eine dritte Leitung 26 der Einrichtung 12 zugeführt wird.

Die dritte Zielstelle 22 ist zuvor an derjenigen Posi­ tion geprüft worden, an der sich in Fig. 1 die zweite Zielstelle 16 befindet. Das Rückstreuungssignal aus der dort entstandenen zweiten Rückstreuung 18 wurde wiederum in der Einrichtung 12 gespeichert und kann jetzt zur Differenzbildung mit demjenigen Signal herangezogen werden, das sich in Fig. 1 aus der dritten Rückstreuung 24 ergibt. So kann auch hier wieder durch Differenzbil­ dung auf den Rohdichtewert in der dritten Tiefe 23 geschlossen werden.

Die Einrichtung 12 ist in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise mit peripheren Geräten wie z. B. einem Sichtschirm oder einem Plotter verbunden, so daß das gewünschte Rohdichteprofil über die Dicke 2 des Werkstücks 3 nacheinander Punkt für Punkt ermittelt und sichtbar gemacht bzw. ausgedruckt werden kann.

Anstelle der in Fig. 1 gezeichneten drei Strahlungsquel­ len 5, 15, 21 können weniger oder mehr Strahlungsquellen verwendet werden, je nach dem, wie fein gestuft das Rohdichteprofil sein soll.

In allen Zeichnungsfiguren sind gleiche Teile mit glei­ chen Bezugszahlen versehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind vier Strah­ lungsquellen 27 bis 30 an einem Revolver 31 angeordnet, der in Richtung eines Pfeils 32 um eine Längsachse 33 schwenkbar ist. Die Strahlungsquellen 27 bis 30 senden in dieser Reihenfolge Strahlung zunehmender Energie auf eine Zielstelle 34 an der Oberfläche des Werkstücks 3. Je nach ihrer Energie dringt diese Strahlung mehr oder weniger tief bis zu Tiefen 35 bis 38 in das Werkstück 3 ein. Die zugehörigen Rückstreuungen werden durch zuge­ ordnete Detektoren 39 bis 42 aufgefangen und in der zuvor beschriebenen Weise in elektrische Signale gewan­ delt und der Einrichtung 12 gemäß Fig. 1 zugeführt.

In der in Fig. 2 gezeichneten Betriebsstellung ist die Strahlungsquelle 28 aktiv und sendet ihre Strahlung 43 bis in die Tiefe 36 des Werkstücks 3. Die Rückstreuung 44 wird von dem Detektor 40 aufgenommen und in der erwähnten Weise in ein elektrisches Signal gewandelt. Sobald dieses Signal gespeichert ist, wird der Revolver 31 um eine Teilung weitergeschwenkt, bis die in Fig. 2 verdeckt hinter der Strahlungsquelle 27 liegende Strah­ lungsquelle 29 sich in der unteren Betriebsstellung befindet und dann ihre Strahlung bis zu der Tiefe 37 senden kann. In ähnlicher Weise werden alle Tiefen 35 bis 38 vermessen und durch Differenzbildung entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Rohdich­ teprofil über die Dicke 2 des Werkstücks 3 erstellt. Der Vorteil bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der, daß alle Tiefenmessungen sehr schnell nacheinander in einer einzigen Position des Werkstücks 3, vorzugsweise bei dessen Stillstand, erfolgen können.

Die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 3 kommt mit nur einer Strahlungsquelle 45 aus, bei der jedoch die Höhe der Strahlungsenergie steuerbar ist.

In der in Fig. 3 mit vollausgezogenen Linien gezeichne­ ten Stellung der Strahlungsquelle 45 sendet diese die erste Strahlung 6 mit der geringsten Energie bis zu der ersten Tiefe 8. Dies geschieht unter einem ersten Ein­ strahlwinkel 46 zu der die Zielstelle 34 enthaltenden Oberfläche 47 des Werkstücks 3. Die zugehörige erste Rückstreuung 9 wird von einem Detektor 48 aufgefangen und in ein elektrisches Signal gewandelt, das wiederum der Einrichtung 12 gemäß Fig. 1 zugeführt wird.

Im nächsten Schritt wird die Strahlungsquelle 45 in Fig. 3 nach rechts bewegt bis in die nächste strichpunktierte Stellung, in der die zweite Strahlung 13 von gesteuert höherem Energieniveau als die erste Strahlung 6 auf die Zielstelle 34 gerichtet wird. Die zweite Strahlung 13 dringt bis zur zweiten Tiefe 17 vor und hat die zweite Rückstreuung 18 zur Folge, die wiederum von Detektor 48 aufgefangen und nachfolgend ausgewertet wird.

Die Strahlungsquelle 45 wird anschließend ein weiteres Mal in Fig. 3 nach rechts in die nachfolgende strich­ punktierte Stellung bewegt, in der sie die dritte Strah­ lung 14 von gesteuert nochmals erhöhtem Energieniveau auf die Zielstelle 34 richtet. Die dritte Strahlung 14 dringt bis zu der dritten Tiefe 23 vor und führt zur dritten Rückstreuung 24, die erneut von dem Detektor 48 aufgefangen und nachfolgend ausgewertet wird. Die Be­ triebsstellungen der Strahlungsquelle 45 zur Messung der Tiefen 17, 23 sind durch einen zweiten Einstrahlwinkel 49 und einen dritten Einstrahlwinkel 50 gekennzeichnet.

Es ist jedoch nicht erforderlich, die Strahlungsquelle 45 zur Messung aufeinanderfolgender Tiefenzonen in der Dicke 2 des Werkstücks 3 zu verlagern. Vielmehr können diese Tiefenmessungen sämtlich bei ein und derselben Betriebsstellung der Strahlungsquelle 45 geschehen, während lediglich das Energieniveau der die Strahlungs­ quelle 45 verlassenden Strahlung gesteuert wird.

Die Ausbildung der Detektoren für die jeweilige Rück­ streuung kann in beliebiger, jeweils geeigneter Weise erfolgen.

Fig. 4 zeigt ein typisches Rohdichteprofil 51 über der Dicke 2 des Werkstücks, in diesem Fall einer Spanplatte. Mit einer gestrichelten waagerechten Linie ist außerdem ein Mittelwert 52 der Rohdichte eingezeichnet. Die Maxima 53 und 54 des Rohdichteprofils 51 liegen wie gewünscht weit außen, wo im Bereich der Decklagen des Werkstücks 3 besonders hohe Rohdichtewerte angestrebt werden. Die Zonen in Fig. 4 links von dem Maximum 53 und rechts von dem Maximum 54 werden in der üblichen Weise später durch Abschliff oder Kalibrierschliff abgetragen, so daß die Maxima 53, 54 der Rohdichte schließlich tatsächlich an den Außenflächen des Werkstücks 3 liegen.

Fig. 4 zeigt auch, daß man in der zwischen den beiden Decklagen angeordneten Mittellage der Spanplatte mit verhältnismäßig geringen Rohdichtewerten auskommt.

Claims (7)

1. Vorrichtung (1) zur Erstellung eines Rohdichteprofils (51) über die Dicke (2) eines plattenförmigen Werkstücks (3) aus nicht homogenem Stoff, z. B. einer mit Leim oder Mineralien gebundenen Span- oder Faserplatte,
mit einer Strahlungsquelle (5, 15, 21; 27 bis 30; 45), deren Strahlung (6, 13, 14; 43) auf das Werkstück (3) gesendet werden kann,
und mit einem Detektor (10, 19, 25; 39 bis 42; 48) zur Detektion von Strahlung nach ihrer Einwirkung auf das Werkstück (3),
wobei der Detektor mit einer Einrichtung (12) zur Erstellung des Rohdichteprofils (51) elektrisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß mit wenigstens einer Strahlungsquelle (5, 15, 21; 27 bis 30; 45) nacheinander Strahlung (6, 13, 14; 43) unterschiedlich hoher Energie auf zumindest annähernd dieselbe Zielstelle (7, 16, 22; 34) des Werkstücks (3) sendbar ist,
wobei die Strahlung in Abhängigkeit von ihrer Energie nur sehr wenig (8; 35) bis zur vollen Dicke (2) des Werkstücks (3) in das Werkstück (3) eindringt,
und daß durch wenigstens einen Detektor (10, 19, 25; 39 bis 42; 48) die Rückstreuung (9, 18, 24; 44) der Strah­ lung (6, 13, 14; 43) über die Dicke (2) des Werkstücks (3) detektierbar und daraus durch Differenzbildung in der Einrichtung (12) das Rohdichteprofil (51) er­ stellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Strahlungsquellen (5, 15, 21; 27 bis 30) unterschiedlicher, aber jeweils zumindest annähernd konstanter Energie vorgesehen sind, und daß die Strahlungsquellen (5, 15, 21; 27 bis 30) nacheinander zur Einwirkung auf die Zielstelle (7, 16, 22; 34) bring­ bar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen (5, 15, 21) hintereinander entlang einer Bewegungsbahn (vgl. 4) des Werksstücks (3) stationär angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen (27 bis 30) an einem Revolver (31) angeordnet und nacheinander in eine Betriebsstellung schwenkbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Strahlungsquelle (45) vorgesehen ist, und daß die Höhe der Strahlungsenergie (vgl. 43) steuerbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einstrahlungswinkel (46, 49, 50) zwischen einer Längsachse der Strahlung (6, 13, 14) und einer die Zielstelle (34) enthaltenden Oberfläche (47) des Werkstücks (3) < 0° bis 90° ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstrahlungswinkel (46, 49, 50) in Abhängig­ keit von der Meßtiefe (8, 17, 23) in dem Werkstück (3) änderbar ist.