METHOD OF MEASURING THE COATING THICKNESS OF CLAD WIRES OR PIPES

Abstract: 1. A method of measuring the coating thickness of clad wires or pipes of unknown core diameter without contacting the object measured by means of backscatter or X-ray fluorescent analysis, with the backscatter radiation and/or the radiation induced in the coated wire or pipe being measured at least at one measuring point, in which a) for the range of wire or pipe thicknesses and coating thicknesses to be measured as well as the materials used a first connective operation between the measured radiation intensity and the diameter of the uncoated wires or pipes is established on the basis of uncoated wires or pipes ; b) for this range a second connective operation between the ratio of radiation intensities measured in coated and uncoated wires or pipes and the known coating thicknesses is established on the basis of coated wires or pipes of different and known coating thickness and known core diameters ; c) for each measuring point the external diameter of the wire or pipe to be examined with regard to its coating thickness is measured by means of a mechanical, optical or radiometric method ; d) by means of the first connective operation, by entering the measured external diameter as a first approximation of the unknown internal diameter, a first approximation of the theoretical measured value of the radiation intensity of the uncoated wire or pipe is obtained ; e) moreover, the ratio between the radiation intensity actually measured at the sample and the theoretical value determined according to the first connective operation is established, an a first approximation of the coating thickness to be determined is obtained on the basis of this ratio by means of the second connective operation ; f) this first approximation of the coating thickness to be determined is subtracted from the measured external diameter and an improved approximation of the unknown internal diameter is thus obtained, and in which g) the process steps performing the two connective operations are repeated with the improved approximations thus obtained until the difference between two consecutive improved approximations of the internal diameter remains below a given value.

Description: Verfahren zur Messung der Beschichtungsdicke von ummantelten Drähten oder Rohren. Die Erfindung betrifft ein berührungsloses Verfahren zur Messung der Beschichtungsdicke von beschichteten nähten oder Rohren unter Anwendung der Rückstreu- oder Röntgenfluoreszenzmethode. Zum Schutz von Korrosion, Oxydation oder anderen Abnützungserscheinungen oder zu Zwecken der Isolierung werden Drähte oder Rohre sehr oft mit einer Schicht aus einem anderen Material beschichtet. Die Schichtdicke unterliegt dabei in vielen Fällen einer vorgeschriebenen Norm. Bei der Herstellung dieser Drähte bzw. Rohre muss also darauf geachtet werden, dass die vorgeschriebenen Schichtdicken innerhalb der Toleranzgrenze eingehalten werden. Dazu benötigt man Geräte oder Methoden, die Schichten mit der erforderlichen Genauigkeit auszumessen. Das Problem soll an Hand eines Beispiels näher erläutert werden. Bei aluminiumummantelten Stahldrähten (Stalum) muss laut ÖNORM E4031 die Schichtdicke des Aluminiummantels mindestens 5 % des Drahtdurchmessers betragen. Die derzeit üblicherweise praktizierte Überprüfung der Drähte oder Rohre geschieht folgendermassen: von dem Draht wird ein Stück abgeschnitten, in Kunstharz eingebettet, und dieses ausgehärtet. Danach wird ein Schliff hergestellt und die Schichtdicke mikroskopisch ausgemessen. Insgesamt ein umständliches, zeitaufwendiges und nicht sehr genaues Verfahren, welches insbesondere kaum für eine routinemässige Prozesskontrolle,keinesfalls jedoch für eine Prozesssteuerung, geeignet ist. Es sind auch Verfahren bekannt, welche eine berührungslose Messung von Schichtdicken von Drähten oder Rohren gestattet. So sind Durchstrahlungsverfahren bekannt, bei welchen mittels Röntgen- bzw. radioaktiver Strahlung anhand der unterschiedlichen Abschwächung der Strahlung in den Schichten und Kernmaterialien die Beschichtungsdicke von beschichteten Drähten oder Rohren ermittelt werden. So wird z.B. in der DE-OS 26 34 183 ein Verfahren beschrieben bei welchem der zu überprüfende beschichtete Draht mittels Röntgenstrahlen auf einem Röntgenschirm abgebildet wird und aus den Helligkeitsunterschieden mittels Photosensoren und einer Auswerteelektronik sowohl die Schichtdicke als auch die Durchmesser der beschichteten Drähte ermittelt werden. In der DE-PS 21 25 738 wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem der Draht senkrecht zu seiner Längsachse durch ein fokussiertes Röntgenstrahlenbündel bewegt und die durch den beschichteten Draht unterschiedlich abgeschwächte Intensität der Röntgenstrahlung mittels eines Strahlungsdetektors registriert und aus den so erhaltenen Messkurven die Beschichtungsdicke und der Drahtdurchmesser, insbesondere mit einer Auswertelogik, ermittelt wird. Der apparative Aufwand bei diesem Verfahren, insbesondere zur Ermittelung der Beschichtung dünner Proben, ist sehr aufwendig und deren Anwendung daher nur auf Sonderfälle begrenzt. Es sind ferner Verfahren bekannt, bei welchen die Beschichtungsdicke mittels der Rückstreuung radioaktiver Strahlung (Rückstreumethode) oder der Anregung der charakteristischen Röntgenstrahlung der Beschichtung bzw. des Kernmaterials durch radioaktive Strahlen (Röntgenfluoreszenzmethode) gemessen wird (z.B. VDI Bd .95/7 Seite 207 bis 210). Diese Verfahren sind auf die Bestimmung der Beschichtungsdicke ebener Proben begrenzt da diese Methode neben der starken Abhängigkeit der Rückstrahlungsintensität von der Messgeometrie (z.B. Messkopf-Probenabstand, Anordnung des Detektors zu der oder den Strahlenquellen) auch eine starke Abhängigkeit von der Probengeometrie selbst aufweisen. So werden z.B. in der DE-AS 26 11 411 und DE-OS 23 11 623 Vorrichtungen beschrieben, mittels derer nach Rückstreumethoden die Beschichtungsdicke ebener Proben bestimmt wird. Aus den in diesen PS angegebenen Formeln für die Bestimmung der Schichtdicke aus der Intensität der rückgestreuten Strahlung ist ersichtlich, dass diese Bestimmungsmethoden nur bei ebenen Proben anwendbar sind. Eine derartige Methode wäre auch dann anwendbar, wenn die geometrischen Daten des Kerns des beschichteten Drahtes bzw. Rohres konstant und bekannt wären. Bei beschichteten Drähten oder Rohren wie sie beim Ziehen von beschichteten Rohlingen entstehen,variieren jedoch die Kerndurchmesser, so dass die bekannten Verfahren nicht angewendet werden können. Hinzu kommt, dass bei den bereits bekannten Rückstreumessverfahren das Basismaterial für die verwendete Strahlung unendlich dick sein muss (Sättigungsrückstreuung), so dass der von dem Basismaterial selbst zurückgestreute Strahlungsanteil bei sonst gleichbleibender Messgeometrie konstant ist, und die Veränderungen der Strahlungsintensität nur durch Änderungen der Dicke der Auflageschicht bewirkt werden. Bei dünnen beschichteten Drähten oder Rohren dagegen ist die Intensität der rückgestreuten Strahlung nicht nur von der Beschichtungsdicke, sondern auch von dem in den meisten Fällen unbekannten Durchmesser des Draht- bzw. Rohrkernes abhängig. Eine vom Draht- bzw. Rohrkerndurchmesser abhängige Kalibrierung einer Rückstreumessanlage für beschichtete Drähte oder Rohre, die selbstver ständlich mit Standarddrähten- bzw. Rohren mit bekannten Kern- und Beschichtungsdimensionen durchführbar ist, führt also alleine nicht zum Ziel. Versuche, durch starke Kollimierung des Strahlenbündels vom Drahtdurchmesser unabhängig zu werden, führten bei Drähten zu keinem brauchbaren Ergebnissen. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, mit dem in einfacher und schneller Art eine genaue Bestimmung der Beschichtungsdicke von beschichteten Drähten oder- Rohren mit unbekanntem Kerndurchmesser berührungslos durchgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren unter Verwendung der an sich bekannten Rückstreu- oder Röntgenfluoreszenzmethoden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass zunächst der Aussendurchmesser des beschichteten Drahtes oder Rohres, insbesondere mittels eines optischen, mechanischen oder strahlungsmesstechnischen Messmethode bestimmt wird und anschliessend mittels einer Rückstreu- oder Röntgenfluoreszenzanlage,die so angeordnet ist, dass die Achse des zu messenden beschichteten Drahtes oder Rohres in jener Ebene liegt, die aus den von der Strahlenquelle bzw. den Strahlenguellen emitierten Strahlen und der von dem beschichteten Draht oder Rohr in den Detektor bzw. in die Detektoren durch Rückstreuung bzw. Strahlungsinduktion gelangenden Strahlen gebildet wird, zumindestens an einer Stelle des Umfangs des beschichteten Drahtes oder Rohres die Intensität der rückgestreuten oder der in der Beschichtung und/oder in den Kern des beschichteten Drahtes oder Rohres induzierten Strahlung gemessen wird, und dass nach dem Verfahren deroschrittweisen Annäherung der Durchmesser des unbeschichteten Drahtes oder Rohres nach mathematischen Verknüpfungsregelntdie empirisch anhand von Kalibriermessungen der Abhängigkeit der Rückstreuintensität vom Durchmesser unbeschichteter Drähte bzw. Rohre und der Abhängigkeit vom Durchmesser und Beschichtungsdicke beschichteter Drähte oder Rohre ermittelt wurden,aus der gemessenen Strahlungsintensität ermittelt wird, wobei im ersten Schritt der Aussendurchmesser des beschichteten Drahtes oder Rohres gleich dem Durchmesser des unbeschichteten Drahtes oder Rohres gesetzt wird und dass mit den so ermittelten Durchmessern des unbeschichteten Drahtes oder Rohres und der gemessenen Strahlungsintensität anhand der Kalibrierkurven die Beschichtungsdicke ermittelt wird. Eine weitere vorteilhafte Abwandlung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass an mehreren Stellen des Umfanges des beschichteten Drahtes oder Rohres, insbesondere an vier jeweils um 900 versetzten Stellen des Umfangs, gleichzeitig oder hintereinander die Bestimmung der Schichtdicke durchgeführt wird und aus diesen Werten die Exzentrizität der Beschichtung bzw. das Maximum und das Minimum der Beschichtungsstärke, gegebenenfalls mittels eines Auswertegerätes und erforderlichenfalls in den gewünschten Dimensionseinheiten berechnet und erforderlichenfalls (z.B. mittels Schreiber, Drucker, etc.) registriert werden. Eine weitere vorteilhafte Abwandlung des erfindungsgemässen Verfahren, insbesondere für die routinemässige und/oder automatische Prozesskontrolle und/oder Prozesssteuerung besteht darin, dass der beschichtete Draht oder das beschichtete Rohr während des Messvorganges an der Messvorrichtung vorbeibewegt wird und dass die jeweiligen Schichtdicken bzw. Maxima und/oder Minima automatisch berechnet, erforderlichenfalls registriert und mit dem Grenzwert verglichen-werden und das die aus den Messwerten berechneten Schichtdicken bzw. deren Maxima bzw. deren Minima für die Prozesskontrolle und/oder Prozesssteuerung herangezogen werden. Da erfindungsgemässe Verfahren wird nicht einschrän kendranhand des folgenden Beispieles näher erläutert. Fig. 1 zeigt die Messanordnung. Die von der Strahlenquelle (1) ausgehende radioaktive Strahlung (2) wird von dem zu messenden beschichteten Draht oder Rohr (3) teilweise reflektiert (4) und in zwei geeigneten Detektoren (5) gemessen. Zwei Führungsrollen (6) sorgen für die Einhaltung einer konstanten Geometrie. In diese Führungsrollen wird der Draht oder das Rohr mittels zweier Anpressrollen (7) gezwungen. Eine Bleiabschirmung (8) verhindert, dass direkte Strahlung von der Strahlenguelle (1) zu den Detektoren (5) gelangen kann. Ausserdem wird durch sie die strahlenschutzbedingte Abschirmung der Strahlung nach aussen hin gewährleistet. Zwei Kabel (9) dienen einerseits für die notwendige Spannungsversorgung der Detektoren (5), anderseits werden die in den Detektoren (5) gemessenen Rückstreuzählraten durch sie zu den elektronischen Registrier- und Auswerteeinheiten geführt. Der Messkopf ist sowohl für den stationären Betrieb (Messung von Einzelproben) als auch für eine on-line Messung nach dem Beschichtungsvorgang oder während des Ziehens geeignet. Die Auswertung der Messungen und die Berechnung der Schichtdicke erfolgt nach zwei empirisch gefundenen Gleichungen. Es ist EMI6.1 wobei Z die gemessene Rückstreuzählrate ist, ZO die durch den Draht- oder Rohrkern hervorgerufene Rückstreuung, d die Schichtdicke und a und b zwei Konstanten, die sich im wesentlichen aus der Geometrie ergeben. Zwischen dem Wert Z und dem Durchmesser des Draht- oder Rohrkerns besteht der Zusammenhang EMI6.2 mit al und bl als wieder geometrieabhängige Konstanten. Die Konstanten (a, b, al, bl) werden für die jeweilige Messanordnung, Proben- und Materialart anhand von Kalibriermessungen bestimmt, wobei Rückstreumessungen an blanken Drähten oder Rohren bekannter Dimensionen für die Gleichung 1, und Rückstreumessungen an beschichteten Drähten oder Rohren mit bekannten Beschichtungsdicken und Drahtbzw. Rohrdimensionenfür Gleichung 2 herangezogen werden. Da je doch < 0 speziell bei gezogenen Drähten oder Rohren unbekannt ist und über die Länge der Messprobe stufenlos variiert, wurde folgendes Iterationsverfahren entwickelt: Mit dem auf andere Art, etwa optisch oder mechanisch z.B. durch Messung des Abstandes der Führungs-(6) und Anpressrollen (7), bestimmten Gesamtdurchmesser #g des g Drathes oder Rohres wird mit Gleichung (2) ein Zol berechnet EMI7.1 Mit diesem Zol und der gemessenen Zählrate Z kann dann mit Gleichung (1) ein dl berechnet werden EMI7.2 Daraus ergibt sich eine erste Näherung fol 1 für den ol unbekannten Durchmesser #0 des Draht- oder Rohrkerns. EMI7.3 Mit diesem werden die Rechenoperationen erneut durchgeführt, man erhält ein Zo2 dann ein d2 und schliesslich ein #o2. Das Ganze wird so lange fortgeführt, bis EMI7.4 wobei der Grad der Übereinstimmung vorgewählt werden kann. Danach kann mit den Gleichungen f3) und (4) die Schichtdicke d ermittelt werden. Zur Bestimmung der Exzentrizität bzw. des Maximums d max und des Minimums dmin der Schichtdicken müssen die Messungen und Berechnungen an mehreren Stellen des Umfanges durchgeführt werden. Wenn beispielsweise die Messungen jeweils um 900 versetzt wird, ergibt sich eine besonders einfache geometrische Berechnungsmöglichkeit. Danach ist bzw. EMI8.1 wenn d1, d2 d3 und d4 die Schichtdicken sind. Die gesuchten Maximal- und Minimalwerte erhält man aus den Gleichungen EMI8.2 Die Exzentrizität, das heisst die Verschiebung der Mittelpunkte beider Kreise, wird durch die rechtwinkelig zueinander stehenden Grössen x und y angegeben. EMI8.3

Claims: Patentansprüche. Anspruch 1 Verfahren zur berührungslosen Messung der Beschich tungsdicke von beschichteten Drähten oder Rohren mit unbekanntenm Kerndurchmesser unter Verwendung der Rückstreu- oder Röntgenfluoreszenzmethoden, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von Kalibriermessungen mit unbeschichteten Drähten bzw. Rohren empirisch eine mathematische Ver knüpfungsregel zwischen der gemessenen Strahlungsin tensität und der Durchmesser unbeschichtetern Drähte bzw. Rohre ermittelt wird und dass anhand von Salibriermessungen mit beschichteten Drähten bzw. Rohren unterschiedlicher Beschichtungsdicken und Kerndurchmesser empirisch eine mathematische Verknüpfung zwischen dem Verhältnis der jeweils mit beschichteten bzw. unbeschichteten Drähten bzw. Rohren gemessenen Strahlungsintensitäten und der Beschichtungsdicke er mittelt wird und dass für jede Messstelle der Aussendurchmesser des be schichteten Drahtes bzw. Rohres, insbesondere mittels einer mechanischen, optischen oder strahlungsmesstech nischen Messmethode, ermittelt wird und dass zumindestens an einer Stelle des Umfanges der je weiligen Messstelle die rückgestreute bzw. in dem be schichteten Draht bzw. Rohr induzierte Strahlung ge messen wird und dass in einem Rechenverfahren nach der Methode der schrittweisen Annäherung anhand der empirischen Ver knüpfungsregeln aus dem jeweiligen Durchmesser der Messprobe ohne Beschichtung, wobei im ersten Näherungs schritt für den unbekannten Kerndurchmesser der Aussen durchmesser der beschichteten Messprobe eingesetzt wird, die theoretische Messintensität der unbeschichteten Messprobe, und aus deren Verhältnis zur tatsächlich gemessenen Strahlungsintensität1 ein Näherungswert für die Beschichtung und den Durchmesser der Mess probe ohne Beschichtung ermittelt wird, wobei die ses Verfahren bis zur Erlangung einer vorgewählten Übereinstimmung mit dem jeweiligen vorhergehenden Rechenschritt durchgeführt wird. Anspruch 2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mehreren Stellen des Umfanges des beschichteten Drahtes oder Rohres, insbesondere an vier jeweils um 9o0 versetzten Stellen des Umfanges, gleichzeitig oder hintereinander die Bestimmung der Schichtdicken und des Kerndurckmessers durchgeführt wird und aus diesen er- ten die Exzentrizität der Beschichtung bzw. das Maximum und das Minimum der Beschichtungsstärke, gegebenenfalls mittels eines Auswertegerätes, ermittelt und erforder lichenfalls in den gewilnschten Drmensionseinheiten re registriert werden. Anspruch 3 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der beschichtete Draht oder das beschichtete Rohr während des Messvorganges an der Messvorrichtung vorbei bewegt wird und dass die jeweiligen Schichtdicken bzw. Maxima und/oder Minima automatisch berechnet und erforderlichenfalls registriert und mit dem Grenzwert verglichen werden und dass die aus den Messwerten berechneten Schichtdicken bzw. deren Maxima bzw. deren Minima für die Prozess kontrolle und/oder Prozesssteuerung herangezogen werden.

Inventors: FREVERT, ERICH, DR.
Applicants: OSTERREICHISCHES FORSCHUNGSZENTRUM SEIBERSDORF GES.M.B.H.
Application year: 1982
Main classification: G01B15
IPC codes: G01B15