METHOD FOR THE MEASUREMENT OF THE DENSITY IN A SECTION OF A BODY MADE OF POWDER

Abstract: To measure the density rho F in a section of a body of section height xF of compacted or sintered powder, gamma-ray quanta are radiated through the section height xF, so that the body is subjected to No gamma-ray quanta, and the number N of the gamma-ray quanta emerging on the other side of the body is measured. The relationship under the absorption law N = No exp (- mu rho x) where mu = absorption coefficient, rho = density and x = transmission thickness, applies to these gamma-ray quanta. This relationship is evaluated in a computer. For this purpose, N and No and also the section height xF form the input to the computer. A further input is the density rho M, which has been determined, of the compact material of which the powder consists. In the computer, the height xM of the model body, which is composed of the compact material having the absorption coefficient mu M, the density rho M and height xM and a cavity of height (xF-xM), is determined from N and No and from rho M according to the equation xM = <FRA>1<OVER> mu M rho M</FRA> ln(No/N). In the computer, the relationship rho FxF = rho MxM is evaluated and the density of the body is determined according to the equation rho F = <FRA>1<OVER>xF mu M</FRA> ln(No/N). <IMAGE>

Description: Verfahren zur Messung der Dichte in einer Sektion eines Formkörpers aus Pulver Beschreibung: I)ie Erfindung bezieht sich gattungsgemäss auf ein Verfahren zur Mcs- sung der Dichte eF in einer Sektion eines Formkörpers der Sektionshöhe XF aus gepresstem oder gesintcrteni Pulver, wobei die Sektionshöhe xp von Gammastrahlenquanten durchstrahlt wird und dabei der Formkörper von No Gammastrahlenquanten beaufschlagt sowie die Anzahl N der auf der anderen Seite des rormkörpers austretenden Gammastrahlenquanten gemessen wird. wobei für diese Gammastrahlenquanten der Zusammenhang des Absorptionsgesetzes N = No exp (- #x) mit :Absorptionskoeffizient, #:Dichte, x: :Durchstrahlungsdicke, in einem rechner ausgewertet wird und dazu die gemessenen Gröi3en N und N0 sowie die ebenfalls gemessene Sektionshöhe F in den Rechner einge- führt werden. - Pulver bezeichnet in Rahmen der Erfindung auch Mehrkomponenten-Pulver. Es kann sich dabei um Metallpulver oder um andere Pulver, beispielsweise um keramische Pulver, handeln. Die Erfin- dung bezieht sich fernerhin auf eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Der Ausdruck Gammastrahlen umfasst in, Rahmen der Erfindung auch Röntgenstrahlen. Die Messung der Dichte von Formkörpern aus gepressten oder gesinterten Pulvern erfolgt bisher hydrostatisch nach den Archimedischen Prinzip. Das ist umständlich und muss im Labor erfolgen. In einer laufenden Fertigung kann deshalb die Dichte der Formkörper im allge reinen nur stiehprobenweise kontrolliert werden. imine Integration mit einer rechnergestützten Fertigung oder Qualitätskontrolle ist kaum möglich. Die zur Gattung gehörenden messtechnischen Massnahmen führen bei Formkörpern aus kompaktem Material zu ausreichend genauen Messergebnissen und sind insoweit bewährt. In bezug auf die Messung der Dichte eines Formkörpers aus gepressten oder aus gesinterten. Pulver sind (aus der Präxis) Untersuchungen bekannt, die häufig nicht zu ausreichend genauen Messergebnissen fuhren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemässe Verfahren so zu fuhren, dass mit hoher Messgenauigkeit die Dichte des Form korpers ermittelt werden kann. Es versteht sich, dass die so ermittelten Messwerte ohne weiteres eine Integration rnit einer rechnergestützten Fertigung oder Qualitätskontrolle zulassen, wo die Dichte der hergestellten Formkörper in allen oder ausgewählten Sektionen des Formkörpers kontrolliert werden muss. Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, dass die Dichte M des kompakten Materials, aus dem das Pulver besteht, ermittelt und in den Rechner eingeführt wird, dass der Rechner so gesteuert wird, dass in dem Rechner aus N und No sowie aus @M nach der Formel EMI2.1 die Höhe XM eines Modellkörpers ermittelt wird, der aus der kompakten Material mit dem Absorptionskoeffizient M, der Dichte #M und Hohe x sowie einem Hohlraum der Höhe (xF-x2,) zusammengesetzt ist und dass der Rechner fernerhin so geschaltet wird, dass in dem Rechner die Beziehung OFXF = oMXM ausgewertet und nach der Formel EMI2.2 die Dichte des Formkörpers bestimmt wird. - Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Formkörper aus gepresstem oder aus gesintertem Metallpulver im Rahmen des gattungsgemässen Verfahrens mit hoher Genauigkeit durch ein Modell approximierbar ist, welches eine mft der Formkörperhöhe x F übereinstimmende Höhe aufweist, jedoch aus einern Höhenabsehnitt xM des kompakten Materials und einem Hohlraum der Höhe (xF-xM) besteht. Dieses Modell ist dem Rechner durch das Programm einverleibt. Zwar ist die Höhe XM dieses Modells unbekannt, diese Unbekannte fällt jedoch bei dem erfindungsgemässen Verfahren auf elegante Weise heraus. Es versteht sich, dass im Rahmen des erfin dungsgemässen Verfahrens die Strahlen quelle der Gamrnastrahlenquanten sowie der Detektor einen festen Abstand aufweisen. Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens kann der Formkörper aus einem Pulver eines einzigen Materials oder aus einem Mehrkomponenten-Pulver zu sammengesetzt sein. Handelt es sich um ein Pulver aus einem einzigen Material, so beziehen sich die in das erfindungsgemässe Verfahren ein gehenden, mit M identifizierten Grössen auf dieses einzige Material. Handelt es sich um einen Formkörper aus einem Mehrkomponenten-Pulver, so lehrt die Erfindung, dass für den Absorptionskoeffizienten mit der Grösse M = #iCi i, für die Dichte des kompakten Materials mit der Grösse #M = #iCi#i gearbeitet wird, und zwar mit C : Massenanteil der Komponente i. @i : Absorptionskoeffiezient der Komponente i, #i : : Dichte der Komponente i, in dem Mehrkomponenten-Pulver des Formkörpers. Es versteht sich, dass bei der Auswertung alle Zählraten, wie bei Messung von Gammastrahlenquanten und insbes. bei Absorptionsmessungen üblich, mit einer Totzeitkorrektur sowie mit einer Untergrundkorrektur versehen werden können. Der Einfluss von Untergrundimpulsen auf die AnzahlNder Ganimastrahlenquanten kann durch eine Bleiabschirmung auf der Empfangsseite der Gammastrahlenquanten unterdrückt werden. Es empfiehlt sich, vor jeder Messung die Anzahl No der den Formkörper beaufschlagenden Gammstrahlenquanten neu zu bestimmen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mit mehreren Gammastrahlenquellen gearbeitet wird und nach Massgabe der Sektions- höhe xF, der Dichte eM kompakten Materials und dem Absorptionskoef- fizienten ph des kompakten Materials unterschiedliche Gammastrahlen- quellen eingesetzt werden1 um den Messfehler moglichst gering zu halten. Geeignete Garnmastrahlenquellen lassen sich durch Versuche aus wählen. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Insoweit berücksichtigt die Erfindung, dass je nach Sektionshöhe xF des Formkörpers, je nach Dichte des des kompakten Materials sowie je nach Absorptionskoeffizienten R des kompakten Materials zum Zwecke der Fehlerminimierung tunlichst mit unterschiedlichen Gammstrahlenquellen gearbeitet wird, z. r3. mit Gammastrahlen hoher Quantenenergie bei zu untersuchenden Formkörpern grosser Sektionshohe und grosser Dichte bzw. hohem Absorptionskoeffizient des kompakten Materials. Die Sektionshöhe XF, für die der Messfehler minimal ist, ist umgekehrt proportional der Dichte bzw. dem Absorptionskoeffizienten des kompakten Materials, xF (fehlerminimiert) = 2/ M#M. Insoweit der Sektionshöhe xF zugeordnete Gammastrahlenquellen lassen sich aus der Menge der auf dem Markt befindlichen oder kerntechnisch herstellbaren Gammastrahlenquellen leicht ausw h- len. Für Formkörper aus Metallpulver seien beispielsweise genannt: Co-57 für eine Sektionshöhe im Bereich 10 mm, Am-241 für eine Sektionshöhe von etwa 2,5 mm, Cs-l37 für eine Sektionsnöhe von über 30 mm. In anlagetechnischer Hinsicht geht die Erfindung aus von einer Anlage mit Durchstrahlungsapparatur, die eine Durchstrahlungskammer rnit Durchstrahlungskanal, Kolliinator, Aperturblende und Forrnkörper aufnahme aufweist, mit einer Mehrzahl von vorgeschalteten, in einem Gammastrahlenquellenkommutator angeordneten Gammastrahlenquellen und nachgeschaltetem Detektor, wobei der zu messende Formkörper auf einem verstellbaren Formkörperschlitten angeordnet und damit in die Durchstrahlungskammer ein- und ausführbar ist, wobei für spezielle Durchstrahlungsaufgaben unterschiedliche Gamniastrahlenquellen deln Durchstrahlungskanal zugeordnet sind und wobei an den Detektor eine Zählelektronik sowie an diese ein Rechner angeschlossen ist. Der Durchmesser des Durchstrahlungskanals liegt im Bereich zwischen 2,5 bis 10 mm, vorzugsweise bei 4 mm oder 8 mm. Es versteht sich, dass in einem Fertigungsbetrieb, in dem regelmässig eine vorgegebene Anzahl von Pulver und Pulvermischungen zu Formkörpern geformt wird, die Pulver bzw. die Pulvermischungen normiert und die zugeordneten Werte des Absorptionskoeffizienten pg sowie der Dichte Ql M des kompakten Ma- terials in dem Rechner gespeichert und bereitgehalten werden, also nicht bei jeder Dichtmessung neu ermittelt werden. Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, dass erfindungsgemäss mit sehr hoher Messgenauigkeit die Dichte von Formkörpern aus Pulver ermittelt werden kann. Dabei ist es gleichgültig, ob es sich uni içletall, um Forlnkörper aus Metallpulver oder um solche aus einem anderen Pulver, beispielsweise um keramische Formkörper handelt. Die so ermittelten Messwerte lassen ohne weiteres eine Integration mit einer rechnergestützten Fertigung oder Qualitätskontrolle zu. lin folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfuhrungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 2 ein Verfahrensschema, Die in der Fig. i dargestellte Anlage dient zur Messung der Dichte in einer Sektion eines Formkörpers 1 vorgegebener Sektionshöhe XF, wobei der Forrnkörper 1 aus gepresstem oder gesintertem Pulver besteht. Zum grundsätzlichen Aufbau der Anlage gehören zunächst eine Durchstrahlungsapparatur 2, die eine Durchstrahlungs kammer 3 rnit Durchstrahlungskanal 4, Kollimator 5 und Apertur blende 6 und mit FormkÏrperaufnahrrle aufweist. Vorgeschaltet ist eine Mehrzahl von Gammastrahlenquellen 7, die in einem Gammastrahlenquellenkommutator 8 angeordnet sind. Nachge schaltet ist ein Detektor 9. Der zu messende Formkörper 1 ist auf einem verstellbaren FormkÏrper- schlitten 10 angeordnet und damit in die Durchstrahlungskammer 3 einführbar sowie aus dieser nerausnehmbar. Für spezielle Durchstrahlungsaufgaben können dem Durchstrahlungskanal 4 unterschiedliche Garn- mastrahlenquellen 7 zugeordnet werden. An den Detektor 9 ist eine Zählelektronik 11 für die Gammastrahlenquanten angeschlossen und mit dieser ist ein Rechner 12 verbunden. Der Rechner 12 ist in besonderer diese programrniert, wie eingangs erläutert wurde. Vor der Durchstrahlungskammer 3 ist eine Sektionshöhenmessvorrichtung 13 angeordnet, mit der der auf dem Formkörperschlitten 10 befindliche Formkörper 1 sektionsweise vermessbar ist. Der Höhenmesswertgeber 14 dieser Sektionshöhenmessvorrichtung 13 ist mit dem Rechner 12 verbunden. Der Rechner 12 ordnet irn Zusammenhang mit der Messung der Sektions höhe XF unter Berücksichtigung der Dichte #F sowie des Absorptionskoeffizienten M des kompakten Materials jeder Sektionshöhe xF eine Gammastrahlenquelle 7 zu. Ausserdem betätigt der Rechner 12 den mit einem Stelltrieb 15 versehenen Gammastrahlenkommutator 8 über eine Steuereinrichtung 16 entsprechend. Mit dem Rechner 12 ist ausserdem über die Steuereinrichtung lti und einen weiteren Stelltrieb 17 der Fornlkörperschlitten 10 nach jeder Sektionshohenmessung sektionskongruent aus der Verinessungsstellung in die Durchstrahlungskammer 3 einführbar. Das bedeutet, dass die Durchstrahlung und damit die Dichtenmessung genau- an der Stelle erfolgt, an der zuvor vor der Durch strahlungskammer 3 die Sektionshöhe xF gemessen worden ist. Die Fig. 2 erläutert die einzelnen Verfahrensstufen, wenn mit einer Anlage des Aufbaus der Fig. 1 gearbeitet wird und diese Anlage von einer Bedienungsperson betätigt wird. Man erkennt in der Fig. 1 zunächst eine Folge von Verfahrensstufen A bis D. In der Verfahrensstufe A teilt die Bedienungsperson dem Rechner mit, aus welchem normierten Pulver oder aus welcher normierter Pulvermischung der zu vermessende Formkörper 1 besteht. In der Verfahrensstufe B ermittelt - der Rechner aufgrund der Eingabe der Bedienungsperson die chemische Zusammensetzung des normierten Pulvers. Im Anschluss daran erfolgt in der Verfahrensstufe C die Bestimmung des Absorptionskoeffizienten M sowie der Dichte Q@ nach Massgabe der gespeicherten Werte oder bei Pulvermischungen, nach Massgabe des im Anspruch 2 erläuterten Verfahrens. Nunmehr wird in der Verfahrensstufe D, DÚ die Gammastrahlenquelle 7 ausgewählt, die unter Berücksichtigung des Absorp tionskoeffizienten M und der Dichte QM sowie unter Berücksichtigung der Sektionshöhe xF besonders geeignet ist. Dazu wurden besondere Verfahrensstufen, gleichsam parallel zu den beschriebenen durchgeführt In der Verfahrensstufe E erfolgte die Positionierung des Formkörpers 1 auf dem Fornlkörperschlitten 10, in cler Verfahrensstufe F die Mes- sung der Sektionshöhe XF. Der messwert wird in die Verfahrensstufen D, D' eingeführt, die aus diesem Grunde doppelt indiziert wurden. Es versteht sich, dass im Anschluss daran in der Verfahrensstufe G der Formkörperschlitten 10 in die Durchstrahlungskammer 3 eingeführt wird, und zwar so dass in bezug auf die Messstelle für die Sektionshöhe der Formkörper 1 kongruent unter dem Durchstrahlungskanal 4 liegt. Nunmehr oder gleichzeitig wird in der Verfahrensstufe H die ausge wählte Gammastrahlenquelle 7 positioniert. In der Verfahrensstufe I erfolgt die Absorptionsrnessung, bei der die vorstehend erläuterte Grösse N gemessen wird. In Anschluss daran ermittelt der Rechner 12 in der Verfahrensstufe K die gesuchte Dichte #F nach Massgabe der eingangs beschriebenen Operation. Bs versteht sich, dass in einer besonderen Verfahrensstufe L zuvor die Grösse No ermittelt und/oder eine Eichung durchgeführt werden kann.

Claims: A method for measurement of the density ρ F in a section of a moulded body of sectional height x F of pressed or sintered powder in which the sectional height x F is irradiated by quanta of gamma rays and thereby the moulded body is impinged upon by N o gamma ray quanta and the number N of gamma ray quanta emerging at the other side of the moulded body is measured, in which the relationship of the absorption law N = N o exp (-µρ x ) where µ = absorption coefficient, ρ = density, and x = irradiation thickness, is evaluated for these gamma ray quanta in a computer, and for this purpose the measured values N and N o and the sectional height x F , which is also measured, are entered into the computer, characterized in that the density ρ M and the absorption coefficient µ M of the solid material, of which the powder consists, are determined and introduced into the computer, that the computer is so programmed that in it from N and N o and from ρ M and µ M in accordance with the formula the height x M of a theoretical body is determined that is compounded from the solid material with absorption coefficient µ M , density ρ M and height x M and a cavity of height ( x F - x M ), and that the computer is additionally so programmed that in it the relationship ρ F x F = ρ M x M is evaluated and the density of the moulded body is determined from the formula A method according to Claim 1 in the form of performance for a moulded body that is compounded from a plural-component powder of several elements i, characterized in that the value µ M = Σ i C i µ i is used for the absorption coefficient, and the value ρ M = Σ i C i ρ i is used for the density of the solid material, this being with C i = proportion by weight of component i, µ i = absorption coefficient of component i, ρ i = density of component i in the plural-component powder of the moulded body. A method according to one of Claims 1 or 2, characterized in that an effect of background impulses on the number N of gamma ray quanta is suppressed by lead screening on the receiving side of the gamma ray quanta. A method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that it is operated with various sources of gamma rays, and that different sources of gamma rays are used according to the sectional height x F , the density ρ M of the solid material and the absorption coefficient µ M . An installation for performing the method according to Claim 4, with an irradiation equipment (2) that possesses an irradiation chamber (3) with irradiation channel (4), collimator (5), aperture diaphragm (6) and a moulded body receiver, preceded by a plurality of sources of gamma rays (7) located in a gamma ray source commutator and followed by a detector (9), in which the moulded body that is to be measured is located on a movable moulded body carriage (10) and thereby can be moved into and out of the irradiation chamber, in which for special irradiation requirements different gamma ray sources are associated with the irradiation channel and in which an electronic counter (11) is connected to the detector and a computer (12) is connected to the electronic counter, characterized in that the computer (12) is programmed for the calculation operations of Claims 1 and 2, that a sectional height measuring equipment (13) is located before the irradiation chamber (3), by which the moulded body (1) located on the moulded body carriage (10) can be sectionally measured, its height-measuring probe (14) being connected to the computer (12), that in connection with the measurement of sectional height x F and taking account of the density ρ M and the absorption coefficient µ M of the solid material the computer (12) assigns to each sectional height x F a gamma ray source (7) and appropriately actuates via control equipment (16) the gamma ray source commutator (18) equipped with a positioning drive (15), and that by the computer (12) also via control equipment (16) and a further positioning drive (17) the moulded body carriage (10) after measurement of the sectional height can be introduced in sectionally conguruent position from the point of measurement into the irradiation chamber (3).

Inventors: ARNHOLD, VOLKER, DR. DIPL.-PHYS., DIRKES, HEINZ, DR. DIPL.-PHYS.
Applicants: SINTERMETALLWERK KREBSOEGE GMBH
Application year: 1986
Main classification: G01N9
IPC codes: G01N23, G01N9