DE2804454C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eichen einer Einrichtung zum Messen der Dicke eines Materials mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen. Eines solches Verfahren ist aus der GB-PS 14 27 751 bekannt.

Kontaktfrei arbeitende Dickenmeßeinrichtungen werden üblicherweise verwendet, um Dickenabweichungen gewisser Materialien, beispielsweise von Metallen, wie Stahl oder Aluminium, zu bestimmen, die in Walzwerken verarbeitet worden sind. Die Meßeinrichtung weist üblicherweise eine Quelle harter Strahlung auf, wie beispielsweise Röntgenstrahlen, von welcher aus die Strahlung auf einen im Abstand von der Quelle angeordneten Detektor gerichtet ist. Der Abstand zwischen der Quelle und dem Detektor wird als Prüffeld bezeichnet, um das zu messende Material, im allgemeinen Streifen oder Metallplättchen, wird in dem Prüffeld angeordnet und hat eine gewisse Absorption der Strahlung zur Folge. Änderungen derselben, die durch das zu messende Material bewirkt werden, zeigen Änderungen der Dicke des Materials auf. Es bestehen jedoch eine Anzahl komplizierter Faktoren, da die gemessene Absorption unter anderem eine Funktion der Materialzusammensetzung und der Strahlungsstärke und -wellenlänge ist. Da die Wirkung dieser verschiedenen Faktoren auf die Messungen im allgemeinen nicht linear ist, ist bei den meisten Systemauslegungen zu beachten, so viele Faktoren wie möglich in bekannten Bereichen zu halten, um die Fehler auf ein Minimum herabzusetzten.

Verfügbare mit Strahlung arbeitende Meßeinrichtungen überdecken oft den gesamten Meßbereich, der in mehrere Unterbereiche aufgeteilt ist. Jedes Intervall wird im allgemeinen dadurch festgelegt, daß der Pegel entweder der Strahlungsquelle oder des Detektors oder aber von beiden voreingestellt wird. Sogenannte "genormte oder normale" zu messende Metallstücke (im folgenden wird in diesem Zusammenhang von Normstücken gesprochen) werden vorübergehend in das Prüffeld eingebracht. Die Normstücke haben eine genau bekannte Dicke und können folglich dazu verwendet werden, um die Meßeinrichtungen zum Messen eines Materials zu eichen, von dem angenommen wird, daß es die Dicke wie ein Normstück hat. In einigen Geräten sind Einrichtungen vorgesehen, um eine Anzahl verschiedener Normstücke mit unterschiedlicher bekannter Dicke in das Prüffeld einzubringen, wobei dies mit einem Untersystem durchgeführt wird, das als automatisches Magazin für Normstücke bekannt ist. Bei einer Betriebsart werden die Normstücke nur von einem Eichvorgang verwendet, beispielsweise um die Nulleinstellung eines Detektormeßgeräts zu bestimmen oder um die Endausschläge an dem Meßgerät zu eichen. In diesem Fall sind dann die Normstücke in dem Prüffeld während des Meßarbeitsganges nicht vorhanden. Bei einer anderen Betriebsweise, die unter der Bezeichnung "Komplementärverfahren" bekannt ist, werden Normstücke bekannter Dicke in das Prüffeld zusammen mit dem zu messenden Material eingebracht, so daß die Dicke der Normstücke plus das zu messende Material eine Absorption ergibt, die erwartetermaßen im wesentlichen gleich einer von einer Anzahl von vorgeeichten Stellen in dem Gesamtbereich der Meßeinrichtung ist.

Bestehende Systeme und Einrichtungen weisen jedoch während des Betriebes einen oder mehrere Nachteile auf. Die Anzahl von verfügbaren Normstücken ist begrenzt und die erwartete Dicke des zu messenden Materials (d. h. die "nominelle" oder "Soll-Dicke") entspricht nicht notwendigerweise der Dicke eines verfügbaren Normstücks. Es ist zwar eine Interpolation möglich, aber dies wird ferner durch die Tatsache verkompliziert, daß Abweichungen in der Strahlungsquelle oder dem Detektor über verhältnismäßig kurze Zeitperioden zu Ungenauigkeiten führen können. Auch Änderungen in der gemessenen Absorption sind im allgemeinen nicht linear. Folglich werden in einem gewissen Maß Schätzungen oder vereinfachte Annahmen oft während der Eichung oder Nacheichung eingeführt. Eine weitere, noch nicht besprochene Schwierigkeit besteht darin, daß das zu messende Material eine Legierung mit einer Zusammensetzung sein kann, die sich von der des ganzen verfügbaren Satzes an Normstücken unterscheidet, und es ist im allgemeinen unpraktisch, eine volle Gruppe von Probedicken für jede denkbare Legierung zu beschaffen. Da sich die Strahlungsabsorption im wesentlichen mit der Materialzusammensetzung ändert, muß diese Veränderung beim Eichen der Meßeinrichtung korrigiert werden. Um ein typisches, bekanntes Verfahren zu erläutern, sollen die verfügbaren Normstücke aus einem "reinen" Metall hergestellt und das zu messende Material eine Legierung des Metalls sein, welche im allgemeinen eine größere Strahlungsabsorption aufweist als das "reine" Metall. Der Ausdruck "Absorptionsindex" ("AI") ist folgendermaßen definiert:

wobei die scheinbare Dicke die Dicke eines Normstücks aus reinem Metall ist, welches zu derselben Detektormessung wie das Legierungsmaterial mit der nominellen Dicke führen würde.

In diesem Beispiel ist der Absorptionsindex AI positiv, da die scheinbare Dicke eines Normstücks aus reinem Metall größer ist als die nominelle Dicke der Legierung. (Mit anderen Worten, da die Legierung mehr Strahlung absorbiert, würde eine größere Dicke an reinem Metall notwendig sein, um denselben Absorptionsgrad zu erhalten.)

Bisher ist der Absorptionsindex für eine spezielle zu messende Legierung dadurch bestimmt worden, daß eine Legierungsprobe bekannter Dicke vorübergehend in das Prüffeld eingebracht und der Absorptionsindex AI für die Legierung bestimmt wurde, indem die Messung mit der an einem Normstück aus reinem Metall derselben Dicke verglichen wurde. Der bestimmte Absorptionsindex AI kann dann zum Eichen der Meßeinrichtung verwendet werden. Allerdings ist der Absorptionsindex leider nicht konstant, sondern ändert sich unter anderem mit der Dicke der zu vergleichenden Materialien. Wenn daher die nominelle Dicke der zu messenden Legierung sich von der Dicke von verfügbaren Legierungsproben unterscheidet, kann der bestimmte Absorptionsindex AI ungenau sein und dadurch einen Fehler entstehen.

Legierungsproben mit vielen unterschiedlichen Dicken können, obwohl es vorteilhaft wäre, nicht zur Verfügung stehen, und es besteht eine Schwierigkeit darin, die Dicke von zu messenden Legierungsmaterialien genau zu messen und zu bestimmen, insbesondere wenn die genauen Absorptionkenndaten der Legierung vorher nicht bekannt sind.

Gemäß der Erfindung soll daher eine Lösung für die bekannten, vorstehend angeführten Schwierigkeiten geschaffen werden, und eine Meßeinrichtung sowie ein Verfahren geschaffen werden, welche genau und in vorteilhafter Weise geeicht werden können, um nacheinander eine Materialdicke automatisch und ohne Mutmaßung zu bestimmen.

Die in der oben erwähnten GB-PS 14 27 751 beschriebene Technik trägt dem Umstand, daß der Absorptionsindex seinerseits dickenabhängig sein kann, nicht Rechnung; vielmehr wird zur Kompensation nur ein einziger (positiver oder negativer) Wert für den gesamten Dickenmeßbereich verwendet.

In ähnlicher Weise ist auch bei der in der US-PS 36 11 408 beschriebenen Technik für jede Legierung nur jeweils ein Kompensationswert vorgesehen. Die oben erörterten Ungenauigkeiten sind also auch hier nicht beseitigt.

Hingegen wird die genannte Aufgabe vollständig durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Mittel gelöst; die Ansprüche 2 bis 5 definieren zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens, während die Ansprüche 6 bis 10 die entsprechenden, zur Durchführung des Eichverfahrens gemäß der Erfindung bestimmten und geeigneten Einrichtungen definieren.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Eichverfahren für eine Einrichtung, mit der die Dicke eines Materials, üblicherweise einer Legierung, zu messen ist, von welcher eine begrenzte Anzahl Proben bekannter Dicke verfügbar ist. Normstücke bekannter Dicke, die im wesentlichen aus einem "reinen" Metall hergestellt sind, welches das Grundmetall des zu messenden Legierungsmaterials sein kann, werden mit einer Strahlungsquelle bestrahlt. Eine erste Gruppe mit Meßwerten entsprechend den Normstücken wird gespeichert. Es wird eine erste Funktion gebildet und gespeichert, welche die Beziehung zwischen der Dicke der Normstücke und den daraus bestimmten Meßwerten wiedergibt. Eine zweite Gruppe von zugeordneten Meßwerten, welche mit Materialproben bekannter Dicke und mit derselben Zusammensetzung wie das zu messende Material erhalten worden sind, wird ebenfalls gespeichert. Eine zweite Funktion, welche die Beziehung zwischen der relativen, den Normstücken zuzuschreibenden Absorption und der relativen Dicke wiedergibt, die den Materialproben für verschiedene Dicken zuzuschreiben ist, wird ebenfalls gespeichert. Nachdem eine von der Bedienungsperson eingegebene, nominelle oder Soll-Dicke für das zu messende Material gespeichert ist, wird der erwartete, gemessene Wert, welcher bei Einbringen von Material der nominellen Dicke in das Prüffeld erhalten werden sollte, aus der von der Bedienungsperson eingegebenen, nominellen Dicke in Verbindung mit der ersten und der zweiten Funktion berechnet. Die Quelle und/oder der Detektor wird dann entsprechend dem bestimmten, erwarteten und gemessenen Wert eingestellt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, welches, in Verbindung mit den davon abhängenden Ablaufdiagrammen gesehen, von einem digitalen Universalrechner durchführbar ist, um die Funktionen der Steuerschaltung 100 der Fig. 1 durchzuführen;

Fig. 3 Ablaufdiagramm zum Durchführen der Funktionen, die durch den Block 201 in Fig. 2 wiedergegeben sind;

Fig. 4 eine zum Verständnis der Erfindung vorteilhafte Kurve, in welcher Spannungswerte über der Dicke aufgetragen sind;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zum Durchführen der Funktionen, die durch den Block 204 der Fig. 2 wiedergegeben sind;

Fig. 6 eine zum Verständnis der Erfindung beitragende Kurve, in welcher der Absorptionsindex über der Dicke aufgetragen ist;

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm zum Durchführen der Funktionen des Blocks 203 der Fig. 2;

Fig. 8 ein Fußdiagramm zum Durchführen der Funktion, die von dem Block 206 der Fig. 2 wiedergegeben sind.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Eine Strahlungsquelle 15, beispielsweise ein gleichstromerregter Röngtenstrahlen-Generator oder ein radioaktives Isotop, ist in einem vorgegebenen Abstand von einem Detektor 20 angeordnet. In der wiedergegebenen Ausführungsform weist der Detektor 20 einen Scintillator 21, welcher eine auffallende Röntgenstrahlung in sichtbare Lichtelektronen umwandelt, und eine Photoelektronen-Vervielfacherröhre 22 auf, welche das sichbare Licht fühlt und es in einem elektrischen Strom umsetzt. Der Strom von der Photoelektronen-Vervielfacherröhre 22 wird mittels eines Verstärkers 23 in eine Spannung umgesetzt. Die Spannung ist über einen Analog-Digital-Umsetzer 30 an eine Steuerschaltung 100 angekoppelt. Wie nachstehend noch beschrieben wird, werden die Funktionen der Steuerschaltung 100 vorzugsweise mit Hilfe eines digitalen Universalrechners durchgeführt, wie beispielsweise ein Digitalgerät, Modell LSI-11. Selbstverständlich könnten jedoch die Funktionen der Steuerschaltung 100 auch beispielsweise mit Hilfe eines Spezialrechners, von Mikroprozessoren oder fest verdrahteten Schaltungen mit logischen und Speichereinrichtungen durchgeführt werden.

Der Zwischenraum zwischen der Quelle 11 und dem Detektor 20 wird als Prüffeld 18 bezeichnet, welches unter anderen das zu messende Material 5 aufnehmen kann. Ein in dem Prüffeld 18 vorhandener Gegenstand schwächt den Röntgenstrahl. Meßwerte werden als Funktion der Strahlungsschwächung erzeugt, die durch Gegenstände (d. h. das zu messende Material oder andere noch zu beschreibende Gegenstände) in dem Prüffeld hervorgerufen wird. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen. Während des Eichens der vorliegenden Ausführungsform wird die Versorgungsspannung des Photoelektronenvervielfachers, welche durch die Strahlung 100 über den Digital-Analog-Umsetzer 40 und die in der Spannung programmierbare Stromversorgung 50 gesteuert wird, eingestellt, bis die Ausgangsspannung des Verstärkers 23 einen genau festgelegten Wert erreicht, der mit V _z bezeichnet wird. Ein weiterer D/A-Umsetzer 14 kann erforderlichenfalls verwendet werden, um die Strahlungsquelle einzustellten.

Ein Magazin bzw. ein Vorratsbehälter 35 für Normstücke ist in dem Bereich des Prüffelds angeordnet und weist eine Anzahl Normstücke aus Metall mit einer genau bekannten Dicke auf. Nur vorausgewählte Normstücke durch werden in das Prüffeld eingebracht, indem die Normstücke durch antreibende bzw. verschiebende Magnete erregt werden, wie allgemein bekannt ist, was automatisch von der Schaltung 100 aus gesteuert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind eine verhältnismäßig große Anzahl von Normstücken aus Metall vorgesehen, und beispielsweise aus einem im wesentlichen "reinen" Metall hergestellt, welches das Grundmetall der zu messenden Legierungen bildet. Ebenso sind eine Anzahl Materialproben mit einer genau bekannten Dicke verfügbar, wobei die Materialproben dieselbe Zusammensetzung wie das zu messende Material 5 haben. Um die Erläuterungen zu vereinfachen, soll das zu messende Material 5 eine Legierung sein und die Anzahl der Materialproben bekannter Dicke soll kleiner sein als die Anzahl an Normstücken aus "reinem" Grundmetall, von dem üblicherweise ein voller Satz verfügbar ist. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf irgendwelche speziellen Normstücke oder Materialproben beschränkt; der vorbeschriebene Fall wird vielmehr nur als typisch angesehen und ist ausgewählt worden, um die Beschreibung der Erfindung zu erleichtern.

In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, welches in Verbindung mit den davon abhängenden Diagrammen von dem digitalen Universalrechner durchgeführt wird, um die Funktionen der Steuerschaltung 100 entsprechend dieser Ausführungsform der Erfindung auszuführen. Anfangs wird eine Standardisierung oder Normierung durchgeführt, was durch den Block 201 dargestellt ist. Während des Standardisierungsprogramms, welches in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 noch beschrieben wird, wird eine verhältnismäßig große Anzahl von Normstücken bei der wiedergegebenen Ausführungsform aus einem im wesentlichen "reinen" Metall) mit genau bekannter Dicke in dem Prüffeld des Magazins 35 für die Normstücke angeordnet. Eine Spannungsmessung wird für jede Dicke erhalten und gespeichert, und es wird daraus eine erste Funktion hergeleitet, welche im allgemeinen eine gemessene Spannung zu einer Dicke des Normmaterials aus "reinem" Metall in Beziehung setzt. Hierbei ist zu beachten, daß sich diese Funktion während der Lebensdauer der Meßeinrichtung beispielsweise infolge von Umgebungseinflüssen auf die Quelle und/oder den Detektor Änderungen in den Betriebskenndaten dieser Elemente oder in der Schaltung usw. ändern kann. Folglich wird, wie beschrieben, periodisch eine neue Standardisierung oder Normierung durchgeführt, um derartige Veränderungen zu berücksichtigen. Die Legierungskennzahl des zu messenden Materials, die mit r bezeichnet ist, wird als nächstes von der Bedienungsperson eingegeben, was durch den Block 202 dargestellt ist. Vorteilhafter Weise wird jeder verschiedenen Legierung jeweils eine andere Zahl zugewiesen, so daß eine Information über das spezielle Legierungsmaterial in Verbindung mit der speziellen Legierungskennzahl gespeichert werden kann. Das Entscheidungsfeld 203 wird als nächstes eingegeben, und es wird abgefragt, ob der Absorptionsindex für die Legierung r schon bestimmt worden ist. Wenn das Legierungsmaterial auf dem Gerät vorher schon gemessen worden ist, dann kann eine bereits gebildete Absorptionfunktion für die spezielle Legierung bereits in dem Speicher vorhanden sein, worauf dann der Block 205 unmittelbar eingegeben wird. Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, wird der Block 204 eingegeben, welcher die Durchführung der Bestimmung des Absorptionsindex AI für die spezielle Legierung r darstellt, was im einzelnen in Verbindung mit Fig. 5 und 6 beschrieben wird.

Materialproben bekannter Dicke der zu messenden Legierungen werden vorübergehend in das Prüffeld eingebracht. Meßspannungswerte werden für jede verfügbare Probendicke bestimmt und gespeichert. Da jeder spezielle Meßwert nunmehr zu einer Dicke eines Normstücks aus "reinem" Metall in Beziehung gesetzt werden kann, können die neu gespeicherten Meßwerte in Verbindung mit der vorher eingeleiteten ersten Funktion verwendet werden, um eine zweite Funktion herzuleiten und zu speichern, die auch als Absorptionsindexfunktion bezeichnet wird. Diese Absorptionsindexfunktion stellt die Beziehung zwischen den Meßwerten, die Normstücken aus "reinem" Metall zuzuschreiben sind, und den Meßwerten dar, die den Proben aus Legierungsmaterial mit verschiedener Dicke zuzuschreiben sind. Eine weitere Möglichkeit, dies festzulegen, besteht darin, daß die Absorptionsindexfunktion die Beziehung zwischen der relativen Schwächung durch die Normstücke und der relativen Schwächung durch die Materialproben verschiedener Dicke darstellt.

Nachdem die Absorptionsindexfunktion für die spezielle Legierung r bestimmt ist, wird der Block 205 eingegeben, welcher die Durchführung eines Meßinstrument-Eichungsprogramms darstellt, was im einzelnen noch in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben wird. Die Eichung wird durchgeführt, indem die nominelle Dicke der zu messenden Legierung eingegeben wird, die mit T _nom bezeichnet ist, und dann die Versorgungsspannung des Photoelektronenvervielfachers berechnet wird, welche die Verstärkerbezugsspannung V _z ergibt; diese Berechnung wird mit Hilfe der ersten und zweiten gespeicherten Funktionen durchgeführt. Nach Eichung der Meßeinrichtung kann die Dickenmessung an der zu messenden Legierung durchgeführt werden, und die Dicke des Legierungsmaterials, welche mit T _m bezeichnet ist, wird berechnet und ausgelesen oder aufgezeichnet; diese Funktion ist durch den Block 206 dargestellt und wird im einzelnen in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben. Nach jeder Dickenmessung wird sofort untersucht, ob mehr als die maximale, festgelegte Zeit seit der letzten Standardisierung oder Normierung verstrichen ist, was in dem Feld 207 dargestellt ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Block 206 zur Fortsetzung von Materialmessungen wieder eingegeben. Wenn es jedoch der Fall ist, wird der Block 208 eingegeben, und es wird eine neue Standardisierung bzw. Normierung (Fig. 3) durchgeführt. Der Block 205 wird als nächstes eingegeben, um die Meßeinrichtungseichung und die Dickenmessungen einzustellen und dann entsprechend dem Block 206 fortzufahren.

In Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung des Standardisierungsprogramms dargestellt, das durch den Block 201 in Fig. 2 wiedergegeben ist. Ein Index n wird anfangs als eins eingegeben, wie im Block 301 angegeben ist. Dem Magazin 35 für die Normstücke wird dann befohlen, eine Zahl S(n) für ein Normstück, welches eine mit T _s (n) bezeichnete Dicke hat, in das Prüffeld einzubringen, wobei diese Funktion durch den Block 302 dargestellt ist. Wie vorher bereits angezeigt, sind die Dicken T _s (n) jedes Normstücks S(n) vorher genau bekannt und sind üblicherweise vorher in dem Rechner 100 gespeichert. Wenn das erste Normstück (welches, wie erinnerlich, in dem vorliegenden Beispiel aus "reinem" Metall besteht, wie alle übrigen Normstücke aus diesem Satz) in das Prüffeld eingebracht ist, wird die Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung eingestellt, bis die Verstärkerausgangsspannung gleich der Bezugsspannung V _z ist, was durch den Block 303 dargestellt ist. Die Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung, d. h. die dem speziellen Normwert zugeordnete Messung wird als Wert V _pms (n) gespeichert, was durch den Block 304 der Fig. 3 dargestellt ist.

In der vorliegenden Ausführungsform und um es deutlich werden zu lassen, wird eine zusätzliche Dicke eines Normstückes, die mit Δ T _s (n) bezeichnet ist, als nächstes in das Prüffeld eingegeben (Block 304 A). Die zusätzliche Dicke kann beispielsweise 8% der Dicke T _s (n) sein, so daß die neue Gesamtdicke, die von dem Normstückenmagazin eingegeben ist, T _s (n)+(0,08)T _s (n) ist. Wenn die Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung auf V _pms (n) gehalten ist, wird die sich ergebende Verstärkerausgangsspannung V _g (n) gespeichert, was durch den Block 304 B dargestellt ist. Die Verstärkerausgangsspannungen V _z und VT _g (n), die den Dicken T _s (n) bzw. T _s (n)+Δ T _s (n) zugeordnet sind, werden verwendet, um eine Verstärkungsfaktor K(n) zu berechnen. Dieser Verstärkungsfaktor kann als der bekannte Ausdruck für eine durch ein Metall hindurchgehende, harte Strahlung betrachtet werden:

I = I₀ e^{-μ t} (1)

wobei I₀ die Intensität der auffallenden Strahlung, I die Intensität der nicht absorbierten Strahlung ist, welche in das Material eindringt, μ der Absorptionskoeffizient (der nicht mit dem Absorptionsindex zu verwechseln ist) des Materials ist und t die Dicke des Materials ist. der Absorptionskoeffizient m ändert sich mit der Wellenlänge und ändert sich auch mit der Dicke. Die zwei vorbeschriebenen Messungen können dann in Form der Gleichung (1) folgendermaßen ausgedrückt werden:

und

Bei den Teilen von Gl. (3) durch Gl. (2) und durch Auflösen nach , was als K(n) festgelegt ist, ergibt sich:

Der Verstärkungsfaktor K(n) ist infolgedessen zusammen mit einer Materialdicke ein gemessener Anhaltspunkt der erwarteten Änderung der Ausgangsspannung für Dicken im Bereich der speziellen Dicke T _s (n) und für die Photoelektronenvervielfacher-Einstellspannung V _psm (n). Der Block 304 C gibt die Bestimmung und Speicherung der Größe K(n) entsprechend Gl. (4) wieder. Wie nachstehend noch zu sehen ist, wird die Berücksichtigung von Verstärkungsfaktoren später noch wichtig, wenn der Meßvorgang beschrieben wird.

In Fig. 3 wird als nächstes der Index n geprüft, was in dem Feld 305 dargestellt ist um zu bestimmen, ob alle Normstücke gemessen worden sind, wobei die höchste Indexzahl mit N bezeichnet ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Index n schrittweise erhöht, wie durch den Block 306 angegeben ist, und der Block 302 wird wieder eingegeben. Auf diese Weise werden je ein Meßwert V _pms (n) bestimmt und für jedes Normstück gespeichert. Die Meßwerte als Funktion der Normstückdicke sind durch Kreuze "x" in Fig. 4 dargestellt. Der Block 307 wird dann eingegeben, wobei dieser Block die Berechnung und Speicherung einer ersten Funktion darstellt, welche bei der vorliegenden Ausführungsform eine sogenannte "Kurvenanpassung nach der Methode des kleinsten Fehlerquadrats" für die in Fig. 4 dargestellten Punkte ist. Inbesondere kann die gespeicherte Funktion durch eine Anzahl Koeffizienten dargestellt werden, wobei die Koeffizientenanzahl von der Ordnung der Funktion abhängt, die zur Darstellung der Beziehung zwischen der Spannung und der Dicke verwendet wird. Programme zur Duchführung einer "Kurvenanpassung" nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate" sind allgemein bekannt und beispielsweise in den Büchern "Mathematics of Physics and Modern Engineering" von Sokolnokoff und Redheffer (McGraw-Hill, 1966) und in "A First Course in Numeral Analysis" von Ralston (McGraw-Hill, 1965) beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Funktion, welche den Wert V _pms zu T _s in Beziehung setzt, durch zwei verschiedene Gleichungen dargestellt, nämlich:

V _pms = a₀ + a₁T _s + a₂T² _s + a₃T³ _s

T _s = b₀ + b₁V _pms + b₂V² _pms + b₃V³ _pms

Die Gleichungen dritter Ordnung sind nur als Beispiel angeführt. Die Koeffizienten a₀, a₁, a₂ und a₃ sind ebenso wie die Koeffizienten b₀, b₁, b₂ und b₃ in einem Speicher gespeichert.

In Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung des Programms dargestellt, das durch den Block 204 in Fig. 2 wiedergegeben ist; d. h. eine Durchführung der Absorptionsindexbestimmung für die Legierung r. Die Indexzahl m der ersten Legierungsmaterialprobe, die vorübergehend in das Prüffeld eingebracht wird, wird von der Bedienungsperson zuerst eingegeben, wie durch den Block 501 dargestellt ist. Die Legierungsprobe ist mit A(r, m) bezeichnet, wodurch angezeigt ist, daß es die Probenummer m der Legierung r ist, und deren bekannte Dicke, die ebenfalls von der Bedienungsperson eingegeben wird, ist als T _ac (r, m) bezeichnet, wobei der tiefer gestellte Index anzeigt, daß es die tatsächlich vorher bekannte Dicke ist. Die Legierungsprobe wird vorübergehend in das Prüffeld eingebracht, was durch den Block 502 dargestellt ist. Die Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung wird dann eingestellt, bis die Verstärkerausgangsspannung gleich dem Bezugsspannungspegel V _z (Block 503) und der Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung ist, was zu dem Ergebnis führt, das als V _pma (r, m) gespeichert ist, wie durch den Block 504 dargestellt ist. Die vermeintliche Dicke mit Probe m, die mit T _ap (r, m) bezeichnet ist, wird dann für die Probe m aus der Beziehung berechnet:

T _ap (r, m) = b₀ + b₁V _pma (r, m) + b₂V² _pma (r, m) + b₃V³ _pma (r, m)

wobei b₀ bis b₃ die vorher gespeicherten Koeffizienten sind, die die Dicke des Normmaterials aus "reinem" Metall zu Spannungsmessungen in Beziehung setzen (siehe beispielsweise die gestrichelten Linien in Fig. 4). Folglich stellt der berechnete Wert T _ap (r, m) die Dicke der Legierungsprobe m (für die Legierung r) in Form der Dicke des Normmaterials aus "reinem" Metall, d. h. die "vermeintliche Dicke" dar. Der Block 505 gibt die Durchführung dieser Berechnung wieder. Da die tatsächliche Dicke T _ac (r, m) der Legierungsprobe bekannt ist, kann der Absorptionsindex der Probe m aus der Beziehung berechnet werden:

was durch den Block 506 dargestellt ist. Es wird dann untersucht (Feld 507), ob die gerade gemessene Materialprobe die letzte, verfügbare Materialprobe ist. Wenn nicht, wird der Block 501 wieder eingegeben, die Indexzahl m der nächsten Legierungsprobe wird eingegeben, und es wird gemessen und der zugehörige Absorptionsindex wird, wie vorher beschrieben, bestimmt. In Fig. 6 sind in Form von kleinen Kreuzen die Stellen AI(r, m) dargestellt, die als eine Funktion der tatsächlichen Dicke T _ac (r, m) der Materialprobe aufgetragen sind. Eine "Kurvenanpassung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate" ist (wie durch Block 508 dargestellt ist) durch diese Punkte gezogen, um eine allgemeine Funktion zu erhalten, die AI zu T _ac für die ganz bestimmte Legierung r entsprechend der folgenden Funktion in Beziehung setzt:

AI(r) = c₀(r) + c₁(r) T _ac (r) + c₂(r) T² _ac (r) + c₃(r) T³ _ac (r)

Wieder ist zur Erläuterung eine Gleichung dritter Ordnung verwendet. Ein Gauss-Seidel' sches Iterationsverfahren kann angewendet werden, um lineare Simultangleichungen zu lösen, welche durch ein Anpassungsverfahren nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate erhalten sind. Die Koeffizienten c₀(r), c₁(r), c₂(r) und c₃(r) geben die Funktion wieder und sind gespeichert.

In der Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines Meßeinrichtungs-Eichprogramms dargestellt, das durch den Block 205 der Fig. 2 dargestellt ist. Während einer Eichung wird die Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung, welche eine Detektor-Ausgangsverstärkerspannung V _z ergeben soll, bestimmt und die Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung wird anfangs auf diesen bestimmten Wert eingestellt, welcher mit VCAL bezeichnet ist. Die nominelle Dicke T _nom des zu messenden Legierungsmaterials (r) wird von der Bedienungsperson eingegeben, was durch den Block 701 dargestellt ist. Der Absorptionsindex des Legierungsmaterials r bei der nominellen Dicke T _nom wird als nächstes aus der Beziehung bestimmt:

AI(r) = c₀(r) + c₁(r)T _nom + c₂(r)T² _nom + c₃(r)T³ _nom

wobei die Koeffizienten c₀(r) bis c₃(r) die vorher bestimmten Koeffizienten der Absorptionsindexfunktion sind (siehe z. B- Fig. 5 und die Kurve in Fig. 6). Diese Berechnung ist durch den Block 702 dargestellt, welcher auch anzeigt, daß der berechnete Absorptionsindex als "AINOM" bezeichnet ist. Ein Beispiel eines Wertes für AINOM, welcher für eine gegebene nominelle Dicke berechnet würde, ist durch die gestrichelte Linie in Fig. 6 dargestellt. Die vermeintliche Dicke des "reinen" Normmaterials, die äquivalent zu der nominellen Dicke des zu messenden Legierungsmaterials ist, ist mit T _ap bezeichnet und ist aus der Beziehung bestimmt:

wobei AINOM und T _nom nunmehr bekannt sind. Diese Bestimmung ist durch den Block 703 dargestellt. Die berechnete, vermeintliche Dicke ist mit "TAP" bezeichnet. Der Block 704 wird dann als nächstes eingegeben, um die Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung zu berechnen, welche eine Detektorausgangsspannung V _z ergeben sollte, wenn "reines" Normmaterial der Dicke TAP gemessen wird. Dies wird mit Hilfe der Koeffizienten a₀ bis a₃ in der folgenden Beziehung durchgeführt:

V _pmc = a₀ + a₁TAP + a₂(TAP)² + a₃(TAP)³

Der berechnete Wert V _pmc wird "VCAL" bezeichnet. Ein Beispiel für die Bestimmung des Wertes VCAL für eine ganz bestimmte, vermeintliche Dicke TAP ist durch die gestrichelte Linie in Fig. 4 dargestellt. Die Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung ist folglich durch eine anfängliche Einstellung des Wertes VCAL eingestellt, wie durch den Block 705 angegeben ist. Ein entsprechender Verstärkungsfaktor (siehe Fig. 3 und Gl. (4)) wird als nächstes durch Interpolieren zwischen den Verstärkungsfaktoren K(n) berechnet, welche in Verbindung mit den zwei Normdickenwerten, die dem Wert TAP am nächsten kommen, gespeichert wurden. In dem Beispiel der Fig. 4 würden die Stellen (die Kreuze x), die durch die Pfeile 41 gekennzeichnet sind, diejenigen sein, die beim Interpolieren verwendet werden. (Erforderlichenfalls könnten bei der Interpolation drei oder mehr gespeicherte Verstärkungsfaktoren verwendet werden.) Diese Funktion ist durch den Block 706 dargestellt, und der berechnete Verstärkungsfaktor ist mit "GF" bezeichnet.

In Fig. 8 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, mit welchem die Materialdickenmessung durchgeführt werden kann, wie durch den Block 206 in Fig. 2 dargestellt ist. Das zu messende Legierungsmaterial wird in das Prüffeld eingebracht, wie durch den Block 801 dargestellt ist. Üblicherweise ist das zu messende Material Blechmaterial, das auf einer zusammenhängenden Unterlage durch das Prüffeld hindurchläuft, und es werden ständig Messungen gemacht, abgelesen und/oder aufgezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Versorgungspannung auf VCAL gehalten, und die Detektorausgangsspannung V _m wird periodisch gefühlt, beispielsweise einmal pro Millisekunde, wie durch den Block 802 dargestellt ist. Die gemessene Dickenabweichung kann in Form einer vermeintlichen Dicke (mit Hilfe der Gl. (4)) ausgedrückt werden als:

Δ T _ap = - GF · ln[V _M /V _z ] (5)

Durch Umwandeln von Gl. (5) in Ausdrücke der gemessenen Legierung (mit Hilfe von AINOM) ergibt:

Die Größe Δ T _m wird bestimmt, wie durch den Block 803 angegeben ist, und kann dann unmittelbar abgelesen werden, oder die Größe T _m kann als Summe von T _nom und Δ T _m berechnet und ausgelesen werden, wie durch den Block 804 dargestellt ist.

Die Erfindung ist anhand einer speziellen Ausführungsform beschrieben worden, wobei jedoch durchaus im Rahmen der Erfindung Änderungen vorgenommen werden können. Beispielsweise ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf irgendein bestimmtes Verfahren beschränkt, um die Meßwerte zu erhalten. Beispielsweise könnte die Versorgungsspannung an dem Photoelektronenvervielfacher konstant gehalten werden, und die Energiequelle könnte eingestellt werden, bis der Detektorverstärkerausgang gleich einer ganz bestimmten Bezugsspannung ist. Andererseits könnte ein analoges Meßgerät verwendet werden und unmittelbar abgelesen werden, nachdem die Quelle und/oder die Detektorempfindlichkeit geeicht sind. Selbstverständlich könnte es auch über einen verhältnismäßig großen Bereich möglicher Dicken vorteilhaft sein, eine Absorptionsindexfunktion für jede einer Anzahl verschiedener gesonderter Unterbereiche für jedes zu messende Material zu bestimmen. Wenn in einem solchen Fall die nominelle Dicke des zu messenden Materials eingegeben wird, wird die entsprechende Absorptionsindexkurve während der Eichung oder während der Materialmessungen ausgewählt. Wichtig ist auch zu beachten, daß andere Funktionen aus der ersten und zweiten Gruppe von Messungen mit anderen Methoden als der Kurvenanpassung mit Hilfe des kleinsten Fehlerquadrats geschaffen werden können, wobei die zuletzt angeführte Methode nur zur Veranschaulichung ausgewählt worden ist. Beispielsweise kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Wert VCAL aus dem Wert TAP (z. B. Fig. 7) berechnet wird, um eine quadratische Lagrange-Interpolation aus den nächsten gespeicherten Punkten (Fig. 4) anzuwenden. Durch diese Methode, die auch in den vorerwähnten Büchern beschrieben ist, kann ein Fehler auf ein Minimum herabgesetzt werden, wenn eine fortlaufende Kurve nicht genau durch alle Normierungspunkte "geführt" werden kann.

• Erläuterung zu Fig. 2: 201 Durchführen einer Standardisierung bzw. Normierung (Fig. 3)
  202 Eingeben einer Legierungskennzahl r eines zu messenden Materials
  203 Ist der Absorptionsindex für die Legierung r bestimmt worden?
  204 Durchführung der Absorptionsindex-Bestimmung für die Legierung r Fig. 5)
  205 Durchführung einer Meßeinrichtungseichung (Fig. 7)
  206 Durchführen einer Dickenmessung am Material und Berechnen der Dicke T _m (Fig. 8)
  207 Ist mehr als die max. Zeit seit der letzten Normierung verstrichen;
  208 Durchführen einer Standardisierung bzw. Normierung (Fig. 3)
• Erläuterung zu Fig. 3: 301 n=1 setzen
  302 Einbringen eines Normstückes S(n) mit einer Dicke T _s (n) in das Prüffeld
  303 Einstellen der Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung, bis der Detektorausgang V _z ist
  304 Speichern der Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung als V _pms (n)
  304 A Einbringen einer zusätzlichen Normstückdicke Δ T _s (n) in das Prüffeld
  304 B Wenn die Versorgungsspannung noch bei V _pms (n) liegt, Speichern einer zusätzlichen Detektorausgangsspannung V _g (n)
  304 C Bestimmen und Speichern eines Verstärkungsfaktors K(n) entsprechend Gl. (4)
  304 Ist n=N
  306 n=n+1
  307 Durchführen eines Kurvenanpassungsprogramms nach der Methode des kleinsten Fehlerquadrats und Speichern der Koeffizienten a _i und b _i von Gleichungen, die V _pms zu T _s in Beziehung setzen:V _pms = . . .T _s = . . .
• Erläuterung zu Fig. 5: 501 Eingeben der Indexzahl m der nächsten Legierungsprobe A(r, m) und der Dicke T _ac (r, m)
  502 Einbringen einer Legierungsprobe A(r, m) in das Prüffeld
  503 Einstellen der Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung, bis der Detektorausgang V _z ist
  504 Speichern der Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung als V _pma (r, m)
  505 Berechnen und Speichern von T _ap (r, m) für die Probe m aus
  T _ap (r, m)=. . .
  506 Berechnen und Speichern des Absorptionsindex AI für eine Probe m aus T _ap (m) und T _ac (m):
  AI(r, m)=. . .
  507 Ist dies die letzte Legierungsprobe?
  508 Durchführen eines Kurvenanpassungsprogramms nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate und Speichern von Koeffizienten c _i (r), die AI(r) zu T _ac (r) in Beziehung setzen:
  AI(r)=. . .
• Erläuterung der Fig. 7: 701 Eingeben der nominellen Dicke T _nom eines zu messenden Materials
  702 Berechnen von AI des zu messenden Materials aus
  AI(r)=. . .
  der als AINOM bezeichnet wird
  703 Berechnen der vermeintlichen Dicke T _ap aus
  AINOM=. . .
  die mit TAP bezeichnet wird
  704 Berechnen der Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung, welche einer vermeintlichen Dicke von TAP entspricht, aus:
  V _pmc =. . .
  was mit VCAL bezeichnet wird
  705 Einstellen der Photoelektronenvervielfacher-Versorgungsspannung auf VCAL
  706 Berechnen des Verstärkungsfaktors durch Interpolieren zwischen den nächsten Punkten (z. B. Fig. 4), welcher als GF bezeichnet wird
• Erläuterung der Fig. 8: 801 Eingeben eines zu messenden Materials in das Prüffeld
  802 Ablesen der Detektorausgangsspannung V _m
  803 Berechnen einer Abweichung von dem nominellen Wert aus
  Δ T _m =. . .
  804 Ablesen der berechneten Dicke T _m =. . .

Claims (10)

1. Verfahren zum Eichen einer Einrichtung zum Messen der Dicke eines Materials, mit einer Strahlungsquelle, einem Detektor, der in einem vorgegebenen Abstand von der Strahlungsquelle angeordnet ist, durch welchen zwischen der Quelle und dem Detektor ein Prüffeld festgelegt ist, welches das Material aufnehmen kann, und mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Meßwerten als Funktion der Strahlungsabsorption durch Gegenstände in dem Prüffeld, wobei mit einem ersten Satz von vorübergehend in das Prüffeld eingebrachten Normstücken bekannter Dicke und Zusammensetzung die zugehörigen Meßwerte ermittelt und gespeichert werden und daraus eine erste Eichfunktion ermittelt und gespeichert wird, welche die Beziehung zwischen der Dicke der Normstücke und der daraus bestimmten Meßwerte wiedergibt, dadurch gekennzeichnet, daß danach mit einem zweiten, kleineren Satz von Proben bekannter Dicke aus dem zu messenden Material im Prüffeld die entsprechenden Meßwerte ermittelt und gespeichert werden und daraus eine zweite Eichfunktion ermittelt und gespeichert wird, welche die Beziehung zwischen der relativen, den Normstücken zuzuschreibenden Absorption und der relativen, den Materialproben mit unterschiedlicher Dicke zuzuschreibenden Absorption wiedergibt, daß eine Soll-Dicke für das Material eingegeben wird, daß dann ein erwarteter Meßwert bestimmt wird, welcher bei Einbringen des Materials mit der Soll-Dicke in das Prüffeld aus der eingegebenen Soll-Dicke in Verbindung mit der ersten und der zweiten Eichfunktion entsteht, und daß schließlich die Energie der Quelle und/oder die Empfindlichkeit des Detektors entsprechend dem erwarteten Meßwert eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des erwarteten Meßwertes eine scheinbare Dicke aus der eingegebenen Soll-Dicke und der zweiten Funktion bestimmt wird und daß der erwartete Meßwert aus der scheinbaren Dicke und der ersten Funktion bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte durch Einstellen der Quelle und/oder der Detektorempfindlichkeit erzeugt werden, bis ein vorbestimmter Detektorausgang erhalten wird, und daß die anschließenden Messungen der Materialdicke durch Abweichungen des Detektorausgangs bestimmt werden, nachdem die Quelle und/oder die Detektorempfindlichkeit entsprechend dem erwarteten Meßwert eingestellt worden sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Meßwerte, die den Normstücken zugeordnet sind, gespeichert werden, welche durch Einbringen der Normstücke in das Prüffeld in Verbindung mit einer zusätzlichen prozentualen Dicke für jedes Normstück erzeugt werden, und der sich ergebende Detektorausgang gemessen wird, daß dann ein Absorptionskoeffizient aus den ersten Normstück-Meßwerten und den zusätzlichen Meßwerten bestimmt wird, und daß schließlich Messungen der Materialdicke aus den Abweichungen des Detektorausgangs und dem Absorptionskoeffizienten bestimmt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung eines Absorptionskoeffizienten auch die scheinbare Dicke verwendet wird, welche durch die eingegebene Soll-Dicke festgelegt ist.

6. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Strahlungsquelle, einem Detektor, der in einem vorgegebenen Abstand von der Strahlungsquelle angeordnet ist, durch welchen zwischen der Quelle und dem Detektor ein Prüffeld festgelegt ist, welches das Material aufnehmen kann, und mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Meßwerten als Funktion der Strahlungsabsorption durch Gegenstände in dem Prüffeld mit einer Einrichtung zum Speichern von Meßwerten, ermittelt aus einem ersten Satz von vorübergehend in das Prüffeld eingebrachten Normstücken bekannter Dicke und Zusammensetzung, und einer Einrichtung zum Bestimmen und Speichern einer ersten Eichfunktion, welche die Beziehung zwischen der Dicke der Normstücke und der daraus bestimmten Meßwerte wiedergibt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Speichern von Meßwerten, ermittelt aus einem zweiten, kleineren Satz von Proben bekannter Dicke aus dem zu messenden Material im Prüffeld, einer Einrichtung zum Bestimmen und Speichern einer zweiten Eichfunktion, welche die Beziehung zwischen der relativen, den Normstücken zuzuschreibenden Absorption und der relativen, den Materialproben mit unterschiedlicher Dicke zuzuschreibenden Absorption wiedergibt, durch eine Einrichtung zum Eingeben einer Soll-Dicke für das Material, durch eine Einrichtung zum Bestimmen eines erwarteten Meßwertes, welcher bei Einbringen des Materials mit der Soll-Dicke in das Prüffeld aus der eingegebenen Soll-Dicke in Verbindung mit der ersten und der zweiten Eichfunktion entsteht, und durch Einstelleinrichtungen für die Energie der Quelle und/oder die Empfindlichkeit des Detektors entsprechend dem erwarteten Meßwert.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen des erwarteten Meßwerts eine Einrichtung zum Bestimmen einer scheinbaren Dicke aus der eingegebenen Soll-Dicke und der zweiten Funktion sowie der Einrichtung zum Bestimmen des erwarteten Meßwertes aus der scheinbaren Dicke und der zweiten Funktion aufweist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte durch Einstellen einer Quelle und/oder der Detektorempfindlichkeit erzeugbar sind, bis ein vorbestimmter Detektorausgang erhalten wird, und daß anschließende Messungen der Materialdicke durch Abweichungen des Detektorausgangs bestimmbar sind, nachdem die Quelle und/oder die Detektorempfindlichkeit entsprechend dem erwarteten Meßwert eingestellt worden sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Speichern zusätzlicher Meßwerte, die den Normstücken zugeordnet sind und durch Einbringen der Normstücke in das Prüffeld in Verbindung mit einer zusätzlichen, prozentualen Dicke für jedes Normstück und durch Messen des sich ergebenden Detektorausgangs erzeugt werden, durch eine Einrichtung zum Bestimmen eines Absorptionskoeffizienten aus den ersten Normstück-Meßwerten und den zusätzlichen Meßwerten, und durch eine Einrichtung zum Bestimmen von Messungen der Materialdicke aus den Abweichungen des Detektorausgangs und dem Absorptionskoeffizienten.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen eines Absorptionskoeffizienten auch auf die scheinbare Dicke anspricht, die aus der eingegebenen Soll-Dicke bestimmt ist.