WO1998002735A1 - Signal processing unit of a device for photothermally testing a surface of a test piece - Google Patents

Signal processing unit of a device for photothermally testing a surface of a test piece Download PDF

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WO1998002735A1
WO1998002735A1 PCT/DE1997/001439 DE9701439W WO9802735A1 WO 1998002735 A1 WO1998002735 A1 WO 1998002735A1 DE 9701439 W DE9701439 W DE 9701439W WO 9802735 A1 WO9802735 A1 WO 9802735A1
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detector
processing unit
signal processing
speed
test specimen
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PCT/DE1997/001439
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Harald Petry
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Phototherm Dr. Petry Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/171—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
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    • G01P3/68—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using optical means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light

Definitions

  • the invention relates to a signal processing unit of a device for photothermal testing of a surface of a test specimen with a detector which can be subjected to heat radiation originating from a test area and induced by excitation radiation incident on the test specimen, and to an evaluation device connected downstream of the detector, with which the time-dependent evaluation device can be used Output signal of the detector specimen properties can be determined.
  • Such a signal processing unit is known from DE 38 20 862 AI, which is part of a device for photothermal testing of a surface of a test specimen.
  • the photothermal testing of a surface the temporal course of the induced thermal radiation originating from a test area after pulsed exposure to excitation radiation is registered and evaluated.
  • the recorded temperature-time diagram can be used, for example, to identify defects in the test specimen or, after determining the phase shift between a rectangular pulse of the excitation radiation and the onset and decay of the thermal radiation, the layer thickness of a lacquer or powder layer applied to the test specimen.
  • test specimens With this method, important properties of test specimens can be determined without contact or destruction.
  • this requires that the Do not move the test area and the detector intended to detect the induced thermal radiation relative to one another, since otherwise time-dependent changes in intensity occur which are not based on warm-up and cool-down processes determined by test specimen characteristics. Therefore, particularly when using this technique for quality control in continuously running painting or coating processes, the test specimen was either stopped for a short time for measurement or the detector was moved from a start to an end position during a measurement cycle in such a way that no relative speed between the detector and the transported test specimen occurs.
  • DE 43 43 076 A1 proposes to provide the area exposed to the excitation radiation significantly larger than the test area detected by the detector, so that movement of the test specimen within the measuring time can be tolerated by measurement technology is than the test area detected by the detector lies within the area of the surface exposed to the excitation radiation.
  • the area exposed to the excitation radiation is irradiated with an essentially homogeneous intensity in order to avoid temporal intensity variations due to warming up and cooling down processes.
  • Another disadvantage of the latter procedure is that only a small zone of the area exposed to the excitation radiation is actually used for testing, so that a large part of the energy of the excitation radiation has been used uselessly.
  • the invention has for its object to provide a signal processing unit of the type mentioned, with which it is possible to measure reliably even in the case of relative speeds between the detector and the test area in an energy-saving and inexpensive manner.
  • the evaluation device has a speed measuring device with which the relative speed between the detector and the test area can be determined, and that by means of a correction element of the evaluation device with an output signal of the speed measuring device, the output signal of the Detector can be corrected by correcting the intensity of the detected thermal radiation to a stationary test area.
  • the speed information thus obtained can then be corrected with the correction element for checking the intensity measurement for a measurement in relative rest, so that the measurement result is free from simulated time-dependent effects.
  • the area of the surface exposed to the excitation radiation can essentially correspond to the size of the test area, so that relatively little excitation energy is required.
  • the detector can be installed in a fixed position, so that the outlay on equipment is considerably reduced.
  • a light barrier is suitable as the speed measuring device, in which the movement of an edge of the test specimen can be detected with several detectors. Knowing the location of the speed measurement, the geometry of the test specimen and the position of the test area, the speed in the test area can then be calculated and output and its influence on the output signal of the detector can be eliminated.
  • the speed is already due to the different intensity ratios of the registered heat rays. development between individual segments can be determined directly in the test area without the need for additional measuring devices. In addition to considerably less equipment, this has the great advantage that the relative speed can be determined directly and independently of the test specimen geometry.
  • the figure shows a signal processing unit with a two-segment detector for the direct detection of the relative speed of the test specimen in the test area.
  • the figure shows a schematic representation of an optical part 1 known per se of a device for photothermal testing of a surface of a test specimen.
  • the optical part 1 has a light source 2, for example a laser in the infrared spectral range, the output light of which falls as an excitation radiation 3 in rectangular pulses via an excitation lens 4 and deflected onto a test specimen 6 by a dichroic mirror 5.
  • the excitation radiation 3 acting on the test specimen 6 induces heat radiation 8 in a test area 7, the part of which extends collinearly in a superimposition section 9 after passing through the dichroic mirror 5 and an imaging optical system 10 acts on a segment detector 11 of a signal processing unit 12.
  • the test area 7 detectable by the detector 11 corresponds to essentially the area acted upon by the excitation radiation 3 or is slightly larger.
  • the figure shows a case that is frequently encountered in the production of coated test specimens 6, in which the test specimen 6 is slidably attached to a running rail 15 via suspensions 13, 14.
  • the test specimen 6 is displaced transversely to the overlay section 9, for example in a direction represented by an arrow 16.
  • an oscillation of the test specimen 6 indicated by an arrow 17 can occur in particular even if the relative speed changes abruptly.
  • these processes also influence the time course of the intensity of the thermal radiation 8 impinging on the segment detector 11.
  • the segment detector 11 is equipped with a first segment 18 and a second segment 19 which are flush with one another in the form of semicircularly framed disks with their circular diameters.
  • the circle diameters of the segments 18, 19 are oriented transversely to the direction of displacement and oscillation.
  • Each segment 18, 19 is connected via an amplifier 20, 21 to an analog / digital converter 22, 23.
  • the intensities of the heat radiation 8 detected by the segments 18, 19 of the segment detector 11 are controlled by a clock generator 24 and can be converted into digital output signals.
  • the output signals of the analog / digital converter 22, 23 can be fed to a summing element 25, with which the sum of the output signals can be formed as a value for the total intensity of the heat radiation 8 falling on the segment detector 11. Furthermore, the output signals of the analog / digital converters 22, 23 can be fed to a division element 26, with which a relative value can be determined from the ratio of the output signal of one segment 18, 19 to the output signal of the other segment 19, 18. The output signal of the division element 26 assigned to this relative value can be fed to a drift correction element 27. The output signal of the clock generator 24 can also be fed to the summing element 25 and the drift correction element 27 as measuring clock signals.
  • each intensity ratio is a relative speed of the test specimen 6 with respect to the segment detector 11 fixedly arranged to the optical part 1 assignable.
  • the relative position of the detector 11 in relation to the test area 7 is important.
  • each segment 18, 19 is exposed to the same intensity of heat radiation 8. If, on the other hand, the test specimen 6 moves at a constant speed in the direction of the arrow 16, the greater part of the intensity of that detected by the segment detector 11 shifts in the cooling phase Heat radiation 8 on the segment 19 arranged in the direction of arrow 16.
  • the detector 11 Even during the heating phase, when the detector 11 is centered in position, there is an uneven distribution of the intensity of the heat radiation 8 over the segments 18, 19 via the segment detector 11 if the test specimen 6 moves relative to the detector 11. In this case, the different intensity distribution is due to the fact that the different zones of the test area 7 have been exposed to the excitation radiation 3 for different lengths of time at the moment of the measurement.
  • the output signal of the drift correction element 27 corresponds to a correction factor which is dependent on the relative speed and is read from the calibration value table and is fed into an intensity correction element 28.
  • the output signal of the summing element 25, which is likewise fed to the intensity correction element 28, from the added individual intensities of the segments 18, 19 of the segment detector 11 for a stationary test region 7 Can be corrected by compensating for the decrease in the total intensity detected by the segment detector 11 caused by the relative speed, which would simulate, for example, a smaller layer thickness of a lacquer or powder layer.
  • the speeds determined with the drift correction element 27 are expediently fed in for control purposes in a storage and output part (not shown).
  • the output signal of the intensity correction element 28 can be read by the clock generator 24 into a memory 29 under assignment to the measurement time.
  • the corrected time-dependent intensity curve is, for example, to determine the layer thickness of a lacquer or powder layer applied to the test specimen 6 of measurement errors due to the relative speed of the test specimen 6 in relation to the optical part 1 and the segment detector by means of a test curve analyzer 30 connected downstream of the memory 29 11 corrected determinable.
  • the segment detector 11 has a multiplicity of adjoining segments, the output signals of which summing elements and division elements can be fed in with a corresponding number of inputs.
  • a larger range of relative speeds can now be determined by evaluating various intensity relationships formed in pairs, and a more complex movement path of the test specimen 6, such as, for example, in the case of a pendulum movement with horizontal and vertical components, can be evaluated.
  • the use of the thermal radiation 8 generated directly in the test area 7 to determine the relative speed of the test body 6 ensures that the relative speeds in the test area 7 itself are also exactly detected.

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Abstract

The invention concerns a signal processing unit of a device for photothermally testing a surface of a test piece (6) which has a speed measuring device (11, 26, 27) that can be used to determine the relative speed of a test piece (6) in relation to the optical part (1). The unit also has a detector (11) firmly attached to it. Using the thus calculated measured value of speed the variation in time of the thermal radiation (8) induced by the excitation radiation (3) on a static testing area (7) can be corrected. The speed measuring device preferably has a segmented detector (11) with output signals allocated to the segments (18, 19) which can be evaluated by means of a cumulative or comparative function.

Description

Signalverarbeitungseinheit einer Vorrichtung zum photothermischen Prüfen einer Oberfläche eines Prüfkörpers Signal processing unit of a device for photothermal testing of a surface of a test specimen
Die Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungseinheit einer Vorrichtung zum photothermischen Prüfen einer Oberfläche eines Prüfkörpers mit einem Detektor, der mit aus einem Prüfbereich stammende, durch auf den Prüfkörper auffallende Anregungsstrahlung induzierte Wärmestrahlung beaufschlagbar ist, und mit einer dem Detektor nachgeschalteten Auswerteeinrichtung, mit der aus dem zeitabhängig registrierbaren Ausgangssignal des Detektors Prüfkörpereigenschaften bestimmbar sind.The invention relates to a signal processing unit of a device for photothermal testing of a surface of a test specimen with a detector which can be subjected to heat radiation originating from a test area and induced by excitation radiation incident on the test specimen, and to an evaluation device connected downstream of the detector, with which the time-dependent evaluation device can be used Output signal of the detector specimen properties can be determined.
Eine derartige Signalverarbeitungseinheit ist aus der DE 38 20 862 AI bekannt, die ein Teil einer Vorrichtung zum photothermischen Prüfen einer Oberfläche eines Prüfkörpers ist. Bei dem photothermischen Prüfen einer Oberfläche wird mittels der Signalverarbeitungseinheit die nach gepulstem Beaufschlagen mit einer Anregungsstrahlung aus einem Prüfbereich stammende induzierte Wärmestrahlung in ihrem zeitlichen Verlauf registriert und ausgewertet. Aus dem aufgenommenen Temperatur-Zeit-Diagramm lassen sich nach Auswertung beispielsweise Fehlerstellen in dem Prüfkörper erkennen oder nach Ermittlung der Phasenverschiebung zwischen einem Rechteckimpuls der Anregungsstrahlung sowie dem Einsetzen und Abklingen der Wärmestrahlung die Schichtdicke einer auf den Prüfkörper aufgebrachten Lack- oder Pulverschicht bestimmen.Such a signal processing unit is known from DE 38 20 862 AI, which is part of a device for photothermal testing of a surface of a test specimen. During the photothermal testing of a surface, the temporal course of the induced thermal radiation originating from a test area after pulsed exposure to excitation radiation is registered and evaluated. After the evaluation, the recorded temperature-time diagram can be used, for example, to identify defects in the test specimen or, after determining the phase shift between a rectangular pulse of the excitation radiation and the onset and decay of the thermal radiation, the layer thickness of a lacquer or powder layer applied to the test specimen.
Mit dieser Methode sind berührungs- und zerstörungsfrei wichtige Eigenschaften von Prüfkörpern bestimm- bar. Dazu ist allerdings Voraussetzung, daß sich der Prüfbereich und der zum Erfassen der induzierten Wärmestrahlung vorgesehene Detektor relativ zueinander nicht bewegen, da ansonsten zeitabhängige Intensitätsveränderungen auftreten, welche nicht auf durch Prüf- körpercharakteristika bestimmten Aufwärm- und Abkühlprozessen beruhen. Deshalb wurde insbesondere bei einer Anwendung dieser Technik zur Qualitätskontrolle in kontinuierlich ablaufenden Lackier- oder Beschich- tungsprozessen der Prüfkörper entweder zur Messung kurzzeitig angehalten oder der Detektor von einer Anfangs- zu einer Endstellung während eines Meßzyklus derart mitbewegt wird, daß keine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Detektor und dem weitertransportierten Prüfkörper auftritt.With this method, important properties of test specimens can be determined without contact or destruction. However, this requires that the Do not move the test area and the detector intended to detect the induced thermal radiation relative to one another, since otherwise time-dependent changes in intensity occur which are not based on warm-up and cool-down processes determined by test specimen characteristics. Therefore, particularly when using this technique for quality control in continuously running painting or coating processes, the test specimen was either stopped for a short time for measurement or the detector was moved from a start to an end position during a measurement cycle in such a way that no relative speed between the detector and the transported test specimen occurs.
Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist zum einen, daß entweder der kontinuierliche Herstellungsprozeß gestört wird beziehungsweise bedingt durch das IMit- bewegen des Detektors ein hoher apparativer Aufwand vonnöten ist. Zum anderen ist es jedoch nicht möglich, daß unvorhergesehene oder unkontrollierbare Relativgeschwindigkeiten wie beispielsweise ein Pendeln des Prüfkörpers bei Unterbrechung des Transports oder eine geringe Drift zwischen der Geschwindigkeit des mit- bewegten Detektors und der Fördergeschwindigkeit des Prüfkörpers berücksichtigt werden. Derartige unkontrolliert auftretende Relativgeschwindigkeiten verfälschen das Meßergebnis zum Teil erheblich, ohne daß dies jedoch ohne weiteres erkennbar ist. So ergibt sich beispielsweise bei einer konstanten Relativgeschwindigkeit ein systematischer Meßfehler in Richtung einer scheinbar geringeren Schichtdicke gegenüber einer Messung in relativer Ruhe. Als alternativer Lösungsweg zum photothermischen Prüfen einer Oberfläche eines bewegten Prüfkörpers ist in der DE 43 43 076 AI vorgeschlagen, den von der Anregungsstrahlung beaufschlagten Bereich deutlich größer als den von dem Detektor erfaßten Prüfbereich vorzusehen, so daß eine Bewegung des Prüfkörpers innerhalb der Meßzeit insoweit meßtechnisch tolerierbar ist, als der von dem Detektor erfaßte Prüfbereich innerhalb des durch die Anregungsstrahlung beauf- schlagten Bereiches der Oberfläche liegt. Dazu ist es allerdings notwendig, daß der von der Anregungsstrahlung beaufschlagte Bereich mit im wesentlichen homogener Intensität bestrahlt ist, um nicht auf Aufwär - und Abkühlprozesse zurückzuführende zeitliche Inten- sitätsvariationen zu vermeiden. Ein weiterer Nachteil der letztgenannten Vorgehensweise liegt darin, daß lediglich eine kleine Zone des mit der Anregungsstrahlung beaufschlagten Bereiches zur Prüfung tatsächlich ausgenutzt wird, so daß ein Großteil der Energie der Anregungsstrahlung nutzlos aufgewendet worden ist.The disadvantage of this procedure is, on the one hand, that either the continuous manufacturing process is disturbed or, due to the moving of the detector, a high outlay on equipment is required. On the other hand, however, it is not possible to take into account unforeseen or uncontrollable relative speeds such as, for example, oscillation of the test specimen when the transport is interrupted or a slight drift between the speed of the moving detector and the conveying speed of the test specimen. Such uncontrolled relative speeds sometimes falsify the measurement result considerably, but this is not easily recognizable. For example, at a constant relative speed, there is a systematic measurement error in the direction of an apparently smaller layer thickness compared to a measurement in relative rest. As an alternative solution to the photothermal testing of a surface of a moving test specimen, DE 43 43 076 A1 proposes to provide the area exposed to the excitation radiation significantly larger than the test area detected by the detector, so that movement of the test specimen within the measuring time can be tolerated by measurement technology is than the test area detected by the detector lies within the area of the surface exposed to the excitation radiation. To do this, however, it is necessary that the area exposed to the excitation radiation is irradiated with an essentially homogeneous intensity in order to avoid temporal intensity variations due to warming up and cooling down processes. Another disadvantage of the latter procedure is that only a small zone of the area exposed to the excitation radiation is actually used for testing, so that a large part of the energy of the excitation radiation has been used uselessly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signalverarbeitungseinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der auch bei Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Detektor und dem Prüfbereich in energiesparender und apparativ wenig aufwendiger Weise zuverlässig gemessen werden kann.The invention has for its object to provide a signal processing unit of the type mentioned, with which it is possible to measure reliably even in the case of relative speeds between the detector and the test area in an energy-saving and inexpensive manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auswerteeinrichtung über eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung verfügt, mit der die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Detektor und dem Prüfbereich bestimmbar ist, und daß mittels eines Korrekturgliedes der Auswerteeinrichtung mit einem Ausgangssignal der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung das Ausgangssignal des Detektors über eine Korrektur der Intensität der detektierten Wärmestrahlung auf einen ruhenden Prüfbereich korrigierbar ist.This object is achieved in that the evaluation device has a speed measuring device with which the relative speed between the detector and the test area can be determined, and that by means of a correction element of the evaluation device with an output signal of the speed measuring device, the output signal of the Detector can be corrected by correcting the intensity of the detected thermal radiation to a stationary test area.
Durch das Vorsehen einer Geschwindigkeitsmeßeinrichtung lassen sich nunmehr auch in unvorhergesehener Weise auftretende Relativgeschwindigkeiten zuverlässig erfassen. Die somit gewonnene Geschwindigkeitsinformation ist dann mit dem Korrekturglied zur Berichtiςfung der Intensitätsmessung auf eine Messung in relativer Ruhe korrigierbar, so daß das Meßergebnis frei von vorgetäuschten zeitabhängigen Effekten ist. Indem die Korrektur der Relativgeschwindigkeiten signalverarbei- tungsseitig vorgenommen wird, kann der von der An- regungsstrahlung beaufschlagte Bereich der Oberfläche im wesentlichen der Größe des Prüfbereiches entsprechen, so daß verhältnismäßig wenig Anregungsenergie notwendig ist. Aus dem gleichen Grund läßt sich der Detektor ortsfest installieren, so daß der apparative Aufwand erheblich reduziert ist.By providing a speed measuring device, it is now also possible to reliably detect relative speeds that occur in an unforeseen manner. The speed information thus obtained can then be corrected with the correction element for checking the intensity measurement for a measurement in relative rest, so that the measurement result is free from simulated time-dependent effects. By performing the correction of the relative speeds on the signal processing side, the area of the surface exposed to the excitation radiation can essentially correspond to the size of the test area, so that relatively little excitation energy is required. For the same reason, the detector can be installed in a fixed position, so that the outlay on equipment is considerably reduced.
Grundsätzlich ist als Geschwindigkeitsmeßeinrichtung beispielsweise eine Lichtschranke geeignet, bei der die Bewegung einer Kante des Prüfkörpers mit-els mehrerer Detektoren erfaßbar ist. Bei Kenntnis des Ortes der Geschwindigkeitsmessung, der Geometrie des Prüfkörpers und der Lage des Prüfbereiches läßt sich dann die Geschwindigkeit im Prüfbereich berechnen sowie ausgeben und deren Einfluß auf das Ausgangs- signal des Detektors eliminieren.Basically, for example, a light barrier is suitable as the speed measuring device, in which the movement of an edge of the test specimen can be detected with several detectors. Knowing the location of the speed measurement, the geometry of the test specimen and the position of the test area, the speed in the test area can then be calculated and output and its influence on the output signal of the detector can be eliminated.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einem wenigsten zweisegmentigen Detektor ist die Geschwindigkeit jedoch bereits aufgrund der unterschiedlichen Intensitätsverhältnisse der registrierten Wärmestrah- lung zwischen einzelnen Segmenten unmittelbar im Prüfbereich bestimmbar, ohne daß es zusätzlicher Meßeinrichtungen bedarf. Dies hat neben einem erheblich geringeren apparativen Aufwand den großen Vor- teil, daß unmittelbar und unabhängig von der Prüfkörpergeometrie die Relativgeschwindigkeit direkt ermittelbar ist.In a preferred embodiment with a least two-segment detector, however, the speed is already due to the different intensity ratios of the registered heat rays. development between individual segments can be determined directly in the test area without the need for additional measuring devices. In addition to considerably less equipment, this has the great advantage that the relative speed can be determined directly and independently of the test specimen geometry.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die einzige Figur der Zeichnung.Further expedient refinements and advantages of the invention are the subject of the dependent claims and the following description of a preferred exemplary embodiment with reference to the single figure of the drawing.
Die Figur zeigt eine Signalverarbeitungseinheit mit einem zweisegmentigen Detektor zur unmittelbaren Erfassung der Relativgeschwindigkeit des Prüfkörpers im Prüfbereich.The figure shows a signal processing unit with a two-segment detector for the direct detection of the relative speed of the test specimen in the test area.
Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen an sich bekannten optischen Teil 1 einer Vorrichtung zum photothermischen Prüfen einer Oberfläche eines Prüfkörpers. Der optische Teil 1 weist eine Lichtquelle 2, beispielsweise einen Laser im infraroten Spektralbe- reich, auf, deren Ausgangslicht als Anregungsstrahlung 3 in Rechteckimpulsen über eine Anregungsoptik 4 und durch einen dichroitischen Spiegel 5 umgelenkt auf einen Prüfkörper 6 fällt. Die den Prüfkörper 6 beaufschlagende Anregungsstrahlung 3 induziert in einem Prüfbereich 7 Wärmestrahlung 8, deren kollinear in einem Überlagerungsabschnitt 9 verlaufender Teil nach Durchtritt durch den dichroitischen Spiegel 5 und eine Abbildungsoptik 10 einen Segmentdetektor 11 einer Signalverarbeitungseinheit 12 beaufschlagt. Der von dem Detektor 11 erfaßbare Prüfbereich 7 entspricht im wesentlichen dem von der Anregungsstrahlung 3 beaufschlagte Bereich oder ist geringfügig größer.The figure shows a schematic representation of an optical part 1 known per se of a device for photothermal testing of a surface of a test specimen. The optical part 1 has a light source 2, for example a laser in the infrared spectral range, the output light of which falls as an excitation radiation 3 in rectangular pulses via an excitation lens 4 and deflected onto a test specimen 6 by a dichroic mirror 5. The excitation radiation 3 acting on the test specimen 6 induces heat radiation 8 in a test area 7, the part of which extends collinearly in a superimposition section 9 after passing through the dichroic mirror 5 and an imaging optical system 10 acts on a segment detector 11 of a signal processing unit 12. The test area 7 detectable by the detector 11 corresponds to essentially the area acted upon by the excitation radiation 3 or is slightly larger.
In der Figur ist ein bei der Herstellung von beschich- teten Prüfkörpern 6 häufig anzutreffender Fall dargestellt, bei dem der Prüfkörper 6 über Aufhängungen 13, 14 verschiebbar an einer Laufschiene 15 angebracht ist. Dabei wird der Prüfkörper 6 beispielsweise in einer durch einen Pfeil 16 dargestellten Richtung quer zu dem Überlagerungsabschnitt 9 verschoben. Zusätzlich zu dieser Verschiebung mit einer auch variierenden Relativgeschwindigkeit kann insbesondere auch bei abrupten Änderungen der Relativgeschwindigkeit ein durch einen Pfeil 17 angedeutetes Pendeln des Prüfkör- pers 6 auftreten. Diese Vorgänge beeinflussen neben den Aufheiz- und Abkühlprozessen zusätzlich den zeitlichen Verlauf der auf den Segmentdetektor 11 auftreffenden Intensität der Wärmestrahlung 8.The figure shows a case that is frequently encountered in the production of coated test specimens 6, in which the test specimen 6 is slidably attached to a running rail 15 via suspensions 13, 14. The test specimen 6 is displaced transversely to the overlay section 9, for example in a direction represented by an arrow 16. In addition to this shift with a also varying relative speed, an oscillation of the test specimen 6 indicated by an arrow 17 can occur in particular even if the relative speed changes abruptly. In addition to the heating and cooling processes, these processes also influence the time course of the intensity of the thermal radiation 8 impinging on the segment detector 11.
Zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit des Prüfkörpers 6 in bezug auf den optischen Teil 1 und den Detektor 11 ist der Segmentdetektor 11 mit einem ersten Segment 18 und einem zweiten Segment 19 ausgestattet, die in Gestalt von halbkreisförmig umrandeten Scheiben mit ihren Kreisdurchmessern bündig aneinander grenzen. Die Kreisdurchmesser der Segmente 18, 19 sind quer zu der Verschiebe- und Pendelrichtung ausgerxch- tet. Jedes Segment 18, 19 ist über jeweils einen Verstärker 20, 21 an jeweils einen Analog/Digital-Wandler 22, 23 angeschlossen. Mit den Analog/Digital-WandLern 22, 23 sind von einem Taktgeber 24 gesteuert die von den Segmenten 18, 19 des Segmentdetektors 11 erfa3ten Intensitäten der Wärmestrahlung 8 in digitale \us- gangssignale umwandelbar. Die Ausgangssignale der Analog/Digital-Wandler 22, 23 sind einem Summierglied 25 einspeisbar, mit dem die Summe der Ausgangssignale als Wert für die gesamte auf den Segmentdetektor 11 fallende Intensität der Wärme- Strahlung 8 bildbar ist. Weiterhin sind die Ausgangssignale der Analog/Digital-Wandler 22, 23 einem Divisionsglied 26 einspeisbar, mit dem ein Relativwert aus dem Verhältnis des Ausgangssignals eines Segmentes 18, 19 zu dem Ausgangssignal des anderen Segmentes 19, 18 bestimmbar ist. Das diesem Relativwert zugeordnete Ausgangssignal des Divisionsgliedes 26 ist einem Driftkorrekturglied 27 einspeisbar. Dem Summierglied 25 und dem Driftkorrekturglied 27 sind weiterhin das Ausgangssignal des Taktgebers 24 als MeßtaktSignale einspeisbar.To detect the relative speed of the test specimen 6 with respect to the optical part 1 and the detector 11, the segment detector 11 is equipped with a first segment 18 and a second segment 19 which are flush with one another in the form of semicircularly framed disks with their circular diameters. The circle diameters of the segments 18, 19 are oriented transversely to the direction of displacement and oscillation. Each segment 18, 19 is connected via an amplifier 20, 21 to an analog / digital converter 22, 23. With the analog / digital converters 22, 23, the intensities of the heat radiation 8 detected by the segments 18, 19 of the segment detector 11 are controlled by a clock generator 24 and can be converted into digital output signals. The output signals of the analog / digital converter 22, 23 can be fed to a summing element 25, with which the sum of the output signals can be formed as a value for the total intensity of the heat radiation 8 falling on the segment detector 11. Furthermore, the output signals of the analog / digital converters 22, 23 can be fed to a division element 26, with which a relative value can be determined from the ratio of the output signal of one segment 18, 19 to the output signal of the other segment 19, 18. The output signal of the division element 26 assigned to this relative value can be fed to a drift correction element 27. The output signal of the clock generator 24 can also be fed to the summing element 25 and the drift correction element 27 as measuring clock signals.
Mit dem Driftkorrekturglied 27 ist mittels einer Kalibrierwertetabelle unter Berücksichtigung des Strahlprofiles sowie des Strahlquerschnittes der Anregungsstrahlung 3 und den geometrischen Abmessungen der Segmente 18, 19 des Segmentdetektors 11 jedem Intensitätsverhältnis eine Relativgeschwindigkeit des Prüfkörpers 6 in bezug auf den zu dem optischen Teil 1 fest angeordneten Segmentdetektor 11 zuweisbar. Dabei ist die relative Lage des Detektors 11 in bezug auf den Prüfbereich 7 von Bedeutung.With the drift correction element 27, by means of a calibration value table, taking into account the beam profile and the beam cross section of the excitation radiation 3 and the geometrical dimensions of the segments 18, 19 of the segment detector 11, each intensity ratio is a relative speed of the test specimen 6 with respect to the segment detector 11 fixedly arranged to the optical part 1 assignable. The relative position of the detector 11 in relation to the test area 7 is important.
Beispielsweise ist bei zentrierter Anordnung des Segmentdetektors 11 in bezug auf den Prüfbereich 7 bei ruhendem Prüfkörper 6 jedes Segment 18, 19 mit gleicher Intensität an Wärmestrahlung 8 beaufschlagt. Bewegt sich hingegen der Prüfkörper 6 mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 16, so verlagert sich in der Abkühlphase der größere Teil der Intensität der von dem Segmentdetektor 11 erfaßten Wärmestrahlung 8 auf das in Richtung des Pfeiles 16 angeordnete Segment 19.For example, with a centered arrangement of the segment detector 11 with respect to the test area 7 with the test specimen 6 at rest, each segment 18, 19 is exposed to the same intensity of heat radiation 8. If, on the other hand, the test specimen 6 moves at a constant speed in the direction of the arrow 16, the greater part of the intensity of that detected by the segment detector 11 shifts in the cooling phase Heat radiation 8 on the segment 19 arranged in the direction of arrow 16.
Auch während der Aufheizphase ergibt sich bei in F.uhe zentrierter Anordnung des Detektors 11 eine über den Segmentdetektor 11 ungleichmäßige Verteilung der Intensität der Wärmestrahlung 8 auf die Segmente 18, 19, falls sich der Prüfkörper 6 relativ zu dem Detektor 11 bewegt. In diesem Fall rührt die unterschied- liehe Intensitätsverteilung daher, daß die verschiedenen Zonen des Prüfbereiches 7 im Moment der Messung unterschiedlich lange mit Anregungsstrahlung 3 beaufschlagt worden sind.Even during the heating phase, when the detector 11 is centered in position, there is an uneven distribution of the intensity of the heat radiation 8 over the segments 18, 19 via the segment detector 11 if the test specimen 6 moves relative to the detector 11. In this case, the different intensity distribution is due to the fact that the different zones of the test area 7 have been exposed to the excitation radiation 3 for different lengths of time at the moment of the measurement.
Bei bekannter und im wesentlichen konstanter Relativgeschwindigkeit als Normgeschwindigkeit ist es zweckmäßig, den Detektor 11 in bezug auf den Prüfbereich 7 so versetzt anzuordnen, daß bei der Normgeschwindigkeit beide Segmente 18, 19 des Segmentdetektors 11 mit jeweils gleicher Intensität von Wärmestrahluncj 8 beaufschlagt sind. Dadurch ist zum einen eine maximale Signalausbeute erzielt, zum anderen eine Abweichung von der Normgeschwindigkeit in einfacher Weise als von dem Wert 1 verschiedenes Ausgangssignal des Divisions- gliedes 26 detektierbar.With a known and essentially constant relative speed as the standard speed, it is expedient to arrange the detector 11 offset with respect to the test area 7 such that both segments 18, 19 of the segment detector 11 are each exposed to the same intensity of heat radiation 8 at the standard speed. As a result, on the one hand a maximum signal yield is achieved, and on the other hand a deviation from the standard speed can be detected in a simple manner as an output signal of the division element 26 which is different from the value 1.
Das Ausgangssignal des Driftkorrekturgliedes 27 entspricht einem von der Relativgeschwindigkeit abhängigen, aus der Kalibrierwertetabelle ausgeles≡ en Korrekturfaktor und ist einem Intensitätskorrekturglied 28 eingespeist. Mit diesem Korrekturfaktor ist das dem Intensitätskorrekturglied 28 ebenfalls eingespeiste Ausgangssignal des Summiergliedes 25 aus den addierten Einzelintensitäten der Segmente 18, 19 des Segmentdetektors 11 auf einen ruhenden Prüf ereich 7 korrigierbar, indem die durch die Relativgeschwindigkeit verursachte Abnahme der durch den Segmentdetektor 11 erfaßten Gesamtintensität ausgleichbar ist, welche beispielsweise eine geringere Schichtdicke einer Lack- oder Pulverschicht vortäuschen würde.The output signal of the drift correction element 27 corresponds to a correction factor which is dependent on the relative speed and is read from the calibration value table and is fed into an intensity correction element 28. With this correction factor, the output signal of the summing element 25, which is likewise fed to the intensity correction element 28, from the added individual intensities of the segments 18, 19 of the segment detector 11 for a stationary test region 7 Can be corrected by compensating for the decrease in the total intensity detected by the segment detector 11 caused by the relative speed, which would simulate, for example, a smaller layer thickness of a lacquer or powder layer.
Zweckmäßigerweise sind die mit dem Driftkorrekurglied 27 bestimmten Geschwindigkeiten in einem nicht dargestellten Speicher- und Ausgabeteil zur Kontrolle eingespeist.The speeds determined with the drift correction element 27 are expediently fed in for control purposes in a storage and output part (not shown).
Das Ausgangssignal des Intensitätskorrekturgliedes 28 ist von dem Taktgeber 24 gesteuert in einen Speicher 29 unter Zuordnung zu der Meßzeit einlesbar. Nach Abschluß eines Meßzyklus ist mittels eines dem Speicher 29 nachgeschalteten Prüfkurvenanalysators 30 die korrigierte zeitabhängige Intensitätskurve beispielsweise zur Ermittlung der Schichtdicke einer auf den Prüfkörper 6 aufgebrachten Lack- oder Pulverschicht von Meßfehlern aufgrund der Relativgeschwindigkeit des Prüfkörpers 6 in bezug auf den optischen Teil 1 und den Segmentdetektor 11 korrigiert bestimmbar.The output signal of the intensity correction element 28 can be read by the clock generator 24 into a memory 29 under assignment to the measurement time. After the completion of a measurement cycle, the corrected time-dependent intensity curve is, for example, to determine the layer thickness of a lacquer or powder layer applied to the test specimen 6 of measurement errors due to the relative speed of the test specimen 6 in relation to the optical part 1 and the segment detector by means of a test curve analyzer 30 connected downstream of the memory 29 11 corrected determinable.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Segmentdetektor 11 eine Vielzahl von aneinander- grenzenden Segmenten auf, deren Ausgangssignale Summiergliedern und Divisionsgliedern mit einer entsprechenden Anzahl von Eingängen einspeisbar sind. Bei dieser vielkanaligen Ausführung ist nunmehr durch Auswertung verschiedener paarweise gebildeter Intensitätsverhältnisse ein größerer Bereich von Relativgeschwindigkeiten erfaßbar sowie eine komplexere Bewegungsbahn des Prüfkörpers 6 wie beispielsweise bei einer Pendelbewegung mit Horizontal- und Vertikalko - ponente auswertbar. Durch die Verwendung der unmittelbar in dem Prüfbereich 7 erzeugten Wärmestrahlung 8 zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit des Prüfkörpers 6 ist sichergestellt, daß auch exakt die Relativgeschwindig- keiten im Prüfbereich 7 selbst erfaßt sind. Durch diese implizit durchgeführte Geschwindigkeitsmessung sind zum einen zusätzliche Einrichtungen zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit des Prüfkörpers 6 wie beispielsweise eine Lichtschranke mit Zeilendetek- toren, zum anderen die Notwendigkeit einer genauen Kenntnis der Geometrie des Prüfkörpers 6 zur Rückrech- nung auf die Relativgeschwindigkeit im Prüfbereich 7 bei Ermittlung der Geschwindigkeit beispielsweise im Kantenbereich vermieden. In an exemplary embodiment not shown, the segment detector 11 has a multiplicity of adjoining segments, the output signals of which summing elements and division elements can be fed in with a corresponding number of inputs. In this multi-channel version, a larger range of relative speeds can now be determined by evaluating various intensity relationships formed in pairs, and a more complex movement path of the test specimen 6, such as, for example, in the case of a pendulum movement with horizontal and vertical components, can be evaluated. The use of the thermal radiation 8 generated directly in the test area 7 to determine the relative speed of the test body 6 ensures that the relative speeds in the test area 7 itself are also exactly detected. This implicitly carried out speed measurement means, on the one hand, additional devices for determining the relative speed of the test specimen 6, such as a light barrier with line detectors, on the other hand, the necessity of a precise knowledge of the geometry of the test specimen 6 for back calculation to the relative speed in the test area 7 when it is determined the speed avoided, for example, in the edge area.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Signalverarbeitungseinheit einer Vorrichtung zum photothermischen Prüfen einer Oberfläche eines Prüfkörpers (6) mit einem Detektor, der mit aus einem Prüfbereich (7) stammende, durch auf den Prüfkörper auffallende Anregungsstrahlung (3) induzierte Wärmestrahlung (8) beaufschlagbar ist, und mit einer dem Detektor nachgeschalteten Aus- werteeinrichtung, mit der aus dem zeitabhängig registrierbaren Ausgangssignal des Detektors Prüfkörpereigenschaften bestimmbar sind, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung über eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung (26, 27) verfügt, mit der die Relativgeschwindigkeit (16, 17) zwischen dem Detektor (11) und dem Prüfbereich (7) bestimmbar ist, und daß mittels eines Korrektur- gliedes (28) der Auswerteeinrichtung mit einem Ausgangssignal der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung (26, 27) das Ausgangssignal des Detektors (11) über eine Korrektur der Intensität der detektier- ten Wärmestrahlung (8) auf einen ruhenden Prüf- bereich (7) korrigierbar ist.1. Signal processing unit of a device for the photothermal testing of a surface of a test specimen (6) with a detector which can be acted upon with heat radiation (8) which originates from a test area (7) and is induced by excitation radiation (3) incident on the test specimen, and with a Evaluation device connected downstream of the detector, with which test specimen properties can be determined from the output signal of the detector which can be registered as a function of time, characterized in that the evaluation device has a speed measuring device (26, 27) with which the relative speed (16, 17) between the detector ( 11) and the test area (7) can be determined, and that by means of a correction element (28) of the evaluation device with an output signal of the speed measuring device (26, 27) the output signal of the detector (11) via a correction of the intensity of the detected heat radiation (8) to a static test area (7) can be corrected.
2. Signalverarbeitungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (11) über wenigstens zwei Segmente (18, 19) verfügt, mit denen eine entsprechende Anzahl von Segmentausgangssignalen erzeugbar sind.2. Signal processing unit according to claim 1, characterized in that the detector (11) has at least two segments (18, 19) with which a corresponding number of segment output signals can be generated.
3. Signalverarbeitungseinheit nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung ein Divisionsglied (26) zur Bestimmung des Ver- hältnisses wenigstens zweier Segmentausgangsi-ig- nale aufweist.3. Signal processing unit according to claim 2, characterized in that the evaluation device has a division element (26) for determining the ver ratio of at least two segment output signals.
4. SignalVerarbeitungseinheit nach Anspruch 3 , da- durch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung ein Korrekturglied (27) aufweist, mit dem aus den zeitabhängig registrierbaren Ausgangssignalen des Divisionsgliedes (26) mittels einer Kalibrierwertetabelle die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Detektor (11) und dem Prüfbereich (7) bestimmbar ist.4. Signal processing unit according to claim 3, characterized in that the evaluation device has a correction element (27) with which the relative speed between the detector (11) and the test area (7) can be determined from the output signals of the division element (26), which can be registered as a function of time, by means of a calibration value table ) can be determined.
5. Signalverarbeitungseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- Werteeinrichtung über ein Summierglied (25) zur Addition wenigstens zweier Segmentausgangssig:ιale verfügt.5. Signal processing unit according to one of claims 2 to 4, characterized in that the evaluation device has a summing element (25) for adding at least two segment output signals: ιale.
6. Signalverarbeitungseinheit nach Anspruch 5, da- durch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des6. Signal processing unit according to claim 5, characterized in that the output signal of the
Summiergliedes (25) korrigierbar ist.Summing element (25) can be corrected.
7. Signalverarbeitungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigevorrichtung zur Ausgabe der mit der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung (26, 27) bestimmten Geschwindigkeitsmeßwerte vorgesehen ist. 7. Signal processing unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that a display device for outputting the speed measurement values determined with the speed measurement device (26, 27) is provided.
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