NO834320L - Fremgangsmaate og innretning for analyse av heterogene elementer i et transparent materiale - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en innretning for analyse av heterogene elementer som er tilstede i et transprent materiale.

Mere spesielt angår oppfinnelsen analyse av et materiale slik som glass når det befinner seg i smeltet tilstand.

Beskrivelsen gis således under henvisning til slike materialer for å påvise massedefekter som fører til difu~sjonsfenomener når de underkastes egnet bestråling.

Mere generelt er i fremstillingsanlegg som benytter glassmaterialer i smeltet tilstand, tilførselen kontinuerlig uansett om det foregår tilmatning for fiberf remsti 11ing eller man arbeider for å oppnå glassplater og der materialet støpes til plater, folier o.l.

Det er viktig å kunne være istand til å følge utviklingen av homogenitetsdef ekter i de11emateriale, spesielt for å bestemme påvirkningen på det fremstilte produkts kvalitet. Videre kan kjennskap til innflydelsen av defekter på kvaliteten eventuelt ved innngripen på de faktorer som forårsaker defektene, føre til forbedring av det oppnådde produkts kvalitet.

For dette formål er det nødvendig ikke bare å påvise nærvær av defektene men også å bestemme deres art, størrelsej antall og å følge dere utvikling med tiden.

Foreliggende oppfinnelse tar henblikk på å tilveiebringe midler som kan benyttes for et studium avdisse defekter i slike omgivelser.

Studiet av homogenitetsdef ekter på materialer slik som smeltet glass er vanskelig av flere grunner.

En første vanskelighet ligger i det faktum at materialet i de fleste tilfelle analyseres akkurat på det øyeblikket de støpes i former. Analysen må være øyeblikkelig. Den må ikke forstyrre tilførselen av materiale til formingsinnretning-ene.

Andre vanskeligheter ligger under betingelsene for temperatur og tilgjengelighetsforholdene i fremstillings-innretningene i anlegget. De midler som benyttes må forbli pålitelige i en slik omgivelse.

Når det gjelder optiske målinger utgjør strålingen fra det smeltede materiale en vesentlig hindring.

Analyse av glassf remsti 11 insmaterialer kompliseres også ved det faktum at defektene i sin natur, størrelse og rikelighet er meget forskjellige.

De defekter man møter i massen for glassf remsti 11ingsmateri - aler klassifiseres generelt i tre kategorier: Bobler, "blistere" og fast eller ikke smeltet materiale.

Ikke-smeltet materiale består slik navnet antyder av faste partikler som er revet med av det smeltede materiale. De stammer hovedsakelig fra de benyttede, råstoffer eller frag-menter av ildfaste materialer som har løsnet fra smelteovnens vegger. For analyse i henhold til oppfinnelsen og som medfører anvendelse av optiske innretninger slik det skal beskrives nedfor, ka rakter ieres de ikke smeltede materialer ved irregulær overflatestruktur samt ved sin opasi tet.

Med "blistere" er ment å angi alle de inklusjoner som, selv om de er transparente, er forskjellige fra resten av glass-massen. Det er spesielt råstoffpartikler som ikke er tilstrekkelig "fordøyet" av den tilstøtende smeltede masse. Ved sine karakteristika befinner slike blistere seg mellom glass og ikke smeltet materiale. Spesielt er refraksjonsindeksen selv om blisterne er transparente, forskjellig fra den omgivende glassmasse.

Ved glassf remsti Iling er det alltid tilstede bobler selv om i meget varierende andeler, avhengig av den metode som benyttes for smelting og raffinering. Ved fremstilling av glassplater er raffineringen reltivt omhyggelig og bobler er meget sjeldne. For fremstilling av firbre ment for isolasjon er imidlertid nærværet av bobler ofte ansett som en mindre mangel. I dette tilfelle er raffineringen hvis den foregår mere overfladisk og bobler er meget hyppige og har et vidt spektrum av størrelser.

Analysen ifølge oppfinnelsen gjennomføres ved å trekke fordel av forskjellene for de forskjellige karakteristika for glassf remsti 11ingsmateria1e på den ene side og defekter på den andre side når materialet eksponeres til den elektromag-netiske stråle med en bølgelengde som er mindre enn den mid-lere dimensjon for disse defekter.

Analysen ifølge oppfinnelsentrekker også fordel av det faktum at de forskjellige typer inklusjoner har forskjellig virkning når det gjelder en slik stråle.

Generelt sagt omfatter analysemetoden ifølge oppfinnelsen dannelse av en monokromatisk stråle, rettet mot materiale som skal analyseres, og detektering og analysen av strålingen som diffunderes av defektene i materialet.

Når den går gjennom det transparente medium møter strålen de forskjellige typer defekter som er antydet ovenfor. Ved diffraksjon, refraksjon eller refleksjon medfører en del av den innfalne stråle som generelt kan kalles "diffusjon". Det skal sees nedenfor at denne diffusjon skjer i henhold til trekk ( re tning int ens i t e t) som er kar ak t e r i s t i ske f or de fundne defekter og som tillater å skille mellom dem.

For denne type analyse med optiske hjelpemidler er det nødvendig å ta med i betraktning det faktum at glassfremstillingsmaterialer i smeltet tilstand har en meget høy egen utstråling som dekker et stort område av bølgelengder som et sort legeme.

Strålingen som avgis av glasset utgjør en meget vesentlig "bakgrunnsstøy" som kan skjule dif fusjonsfenomenene som benyttes ifølge oppfinnelsen. For å oppnå en god separering av den brukbare stråling velger man ifølge oppfinnelsen en monokromutsr ålingski lde hvis frekvens befinner seg i et område med lav emisjon for det smeltede glass. Ved å forbinde denne utstr ål ing ski 1 de med en mottager utstyrt med et filter sentrert på den samme frekvens er det mulig å minimaisere interferensen som oppstår fra ana lysef remmed stråling.

Som vi så tidligere må bølgelengden for den innfalne stråle velges avhengig av transparensen for det studerte materiale og emisjonsområde for materialet, spesielt når det sistnevnte bringes til høye temperaturer; den må også være avhengig av dimensjonene for defektene det er ønskelig å påvise. For at diffusjonsfenomenene klart skal påvises under betingelser som vil forklares nærmere nedenfor er det foretrukket at bølgelengden ikke er større enn en tyvendedel av dimensjonen for de defekter man ønsker å påvise.

Når det gjelder defekter påvist i smeltet glass under vanlige produksjonsbetingelser er det således fordelaktig å velge en bølgelengde som ikke er større enn 3 x 10 m. Fortrinnsvis ligger bølgelengden mellom 0,4 og 2 x 10~^m.

Slik vi skal se senere og tatt i betraktning karakteristika for emisjonskurvene for glassfremstillingsmaterialer er bølgelengden som benyttes fordelaktig kortere enn halvparten av den bølgelengde som tilsvarer emisjonsmaksimum for temperaturer innen området 500 til 2000°C.

Gjennomførte studier viser også at signalene som diffunderes er avhengig av geometrien for den innfalledne stråle. Eksperimentelt er det således observert at for å ha veldefinerte signaler som er krakteristi ske for de observerte defekter er det foretrukket å bruke en meget fin innfallende stråle.

Flere faktorer gjør at det er foretrukket å ha en fin stråle. Generelt sagt kan man si at jo finere strålen er jo bedre er systemets oppløsningskraft. For den angjeldende teknikk resulterer dette spesielt i en bedre indivi-dualisering av de observerte defekter. Dette kan forklares ved det faktum at ved å redusere tykkelsen av strålen begrenser man risikoen for at signaler tilsvarende flere defekter som kan inntre samtidig vil legge seg over hverandre. Videre er formen av de opptegnede signaler desto mere karakteristisk for defektene jo finere strålen er.

Betraktninger av teknisk natur gjør at i praksis er reduksjonen av str åletykkelsen begrenset. For den analyse som gjennomføres på glassf remsti 1lingsmater ia ler og spesielt for å studere boblene de inneholder, forårsaker disse praktiske grenser vanligvis intet hinder. Finheten som kan oppnåes er tilstrekkelig til å påvise bobler som på grunn av sin størrelse kan ha innflydelse på det ferdige produkts egenskaper.

Når det gjelder analyse av en tråd av smeltet glass er analysestr ålen fortrinnsvis plan og skjærer tråden langs et rett snitt. Fortrinnsvis er tykkelsen av strålene så og si lik dimensjonen for de minste defekter som skal påvises. For en glasstråd som f.eks. tjener som tilmatning til en f ibe r f remsti 11ingsmaskin oppviser strålen fortrinnsvis på nivået for glasstråden en tykkelse som ikke er større enn 0,2 mm og fortrinnsvis ikke større enn 0,1 mm.

Uavhengig av di f fusjonsfenomenene på grunn av defekter gir den innfallende stråle grunn til ref leksjons-og re f raks jons fenomener på overflaten av glasstråden som analyseres. Strålingen som direkte transmitteres gjennom tråden eller reflekteres på dens overflate er vanligvis meget intens i sammenligning med det som dif funderesav defektene. For å være i stand til å påvise det sistnevnte kor-rekt er det nødvendig å lokalisere mottageren utenfor veien for den stråling som transmitteres eller reflekteres på overflaten av tråden.

I den følgende beskrivelse gis det på en mere presis måte og under henvisning til de ledsagende figurer, de mest for-delaktige betingelser for å gjennomføre oppfinnelsen samt de resultater som kan oppnåes.

I det som følger er analysen begrenset til den av en tråd av smeltet glass som kontinuerlig strømmer og som permanent viser si rkulærre11et tverrsnitt av praktisk talt konstant dimensjon og posisjon. Denne type glasstråd finner man vanligvis f.eks. i tilmatningsinnretninger i fi ber f remsti 1-lingsmaskiner av sentrifuga 1 typen. I disse maskiner er ar-rangementet ifølge oppfinnelsen spesielt brukbart. Selv om materialet befinner seg ved meget høy temperatur og er årsaken til en intens misjon tillater analysen ifølge oppfinnelsen en kotinuerlig oppfølging av dannelse av defekter uten driftsendring.

Tilsvarende arrangementer kan anvendes når det analyserte materiale oppviser en forskjellig geometri, spesielt en plan form.

I de ledsagende figurer viser:

Fig. 1 et sett av emisjonskurver for et glassf remsti 11ings-materiale, avhengig av bølgelengde og for forskjellige temperatuer; Fig. 2 et diagram som viser en fremgangsmåte for analyse i- følge oppfinnelsen; Fig. 3 på karakteristisk måte de områder i det rette snitt i en glasstråd som underkastes bestråling fra den monokromatiske kilde; Fig.4a skjematisk oppførselen for en fast inneslutning i

forhold til den monokromati ske bestråling;

Fig.4b skjemtisk oppførselen for en boble ved monokromatisk

bestråling;

Fig.5 foretrukne posisjoner for oppsett av detektorer som benyttes for fremgangsmåten for analysering som vist

i fig.2 i det plan som omfatter transmitteren og loddrett på glasstråden;

Fig.6a og 6b på typisk måte formen av signaler som samles

ifølge oppfinnelsen;

Fig.7 skjematisk en mo11age rinnretning som kan benyttes i-følge oppfinnelsen.

Kurvene i fig. 1 viser på forenklet måte det generelle utseendet av emisjonen for et glass som er oppvarmet til 927, 1327 henholdsvis 1727°C. For de tre kurver observeres det nærvær av et meget utpreget maksimum med en meget hurtig reduksjon mot mindre bølgelengder og en relativt langsommere reduksjon mot høyere bølgelengder. Dette blir tydeligere jo høyere temperaturen er.

Det observeres således at emisjonen for bølgelengder under den havle bølgelengde for maksimum kun er noen få hundre-deler eller mindre av emisjonen i maksimumsonen. Ved å ar-beide som antydet med en kilde hvis bølgelengde er under halve bølgelenden for emisjonsmaksimum vil emisjonen fra materialet forbli tilstrekkelig lav til ikke å hindre analyse.

Som en helhet omfatter arangementet for gjnnomføring av oppfinnelsen, se fig. 2, en-generator 1 for en koherent stråle som transmitterer i retningen av en tråd av materiale 2 som strømmer fra munningen på en dysse 3. Tråden 2 har et i det

vesentlige sirkulært tverrsnitt.

Et optisk system 4 modifiserer strålen på en slik måte at på nivået der strålen skjærer strømningsveien for tråden 2 har den praktisk talt planform. M.a.o. bestråler strålen kunen liten del av rnateria1t<r>åden. Fortrinnsvis er planet for strålen valgt i det vesentlige loddrett på strøm-nings retningen for tråden 2.

En annen vinkel er også mulig hvis de totale større1sesbe-tingelser rettferdiggjør dette. Ut fra et strikt analyse-synspukt gir imidlertid en annen helling ikke noen yderligere fordeler. Hvis ikke desto mindre strålen brukes på ikke-rette vinkler mot tråden må de nedenfor angitte indikasjoner med henblikk på foretrukne posisjoner for mottageren tilsvarende modifiseres. De modifikasjoner som inn-føres i denne hypotese er de som følger systematisk ut fra de optiske lover.

Den koherente stråle som avgis, laserstrålen, har vanligvis et sirkulært tverrsnitt. Dens transformering til en plan stråle oppnås f.eks. ved hjelp av et tradisjonelt optisk system slik som en sylindrisk linse.

Når den første stråle har liten størrele i forhold til glasstråden 2 som studeres passerer den først igjennom en forstørrer på en slik måte at den plane stråle fra den sylindriske linse strekker seg over hele trådens bredde.

En mottager 6 som er følsom overfor den stråling som diffunderes fra glasstråden 2 er orientert i retning av skjæringspuktet mellom tråd og stråle.

Når frekvensen for strålingen som avgis av generatoren velges på egnet måte er kraften av denne stråling relativt lav,- signalene som mottas av mottageren har en amplitude tilstrekkelig til å adskille dem fra "bakgrunnsstøyen" som

består av stråling fra trådenj uten vanskelighet.

For å tillate tilfredsstillende analyse må de forskjellige elementer som benyttes tilfredsstille en serie godt definerte betingelser. Disse har spesielt forbindelse med det relative arrangement av sender, mottager og tråden som analyseres. Den måte på hvilken strålen beveger seg frem i materialtråd tillater å oppnå en klar forståelse av hvordan man på best måte skal arrangere elementene.

På sin vei underkastes strålen som møter glasstråden en refleksjon og/eller refraksjon i henhold til infa11spunktet på periferien av tråden. Tatt i betraktning det faktum at tråden er rettet langs et tverrsnitt av glasstråden befinner den stråling som transmitteres eller reflekteres seg i det samme plan i rette vinkler på glastråden. For å forhindre mettning av mottageren på grunn av disse strålinger som vil maskere den diffusjon som stammer fra analyserte defekter er det derfor nødvendig å anbringe mottageren utenfor dette plan.

En lav stråling stammer også fra diverse refleksjoner på de indre overflater av den analyserte tråd. Disse tallrike flekskjoner blir imidlertid meget hurtig fortynnet. En liten vinkel i forhold til innfalls planet er vanligvis tilstrekkelig til at denne stråling ikke påvises. Videre forblir synsvinkelen for mottageren i forhold til innfallsplanet for strålen A fortrinnsvis relativt lav. Fortrinnsvis er denne vinkel ikke under 5° og ikke over 20°. En mindre vinkel kan føre til at man mottar stråling fra diverse refleksjoner i tråden. Hvis på den annen side vinkelen er for stor er den yderligere reduksjon av intensiteten av strålingen fra tråden meget liten mens den til strålingen fra defekten er meget vesentlig. Det er defor foretrukket å forbli innenfor de ovenfor angitte grenser som tilsvarer de høyeste verdier for det brukbare forhold mellom signalet som utgjør stråling fra defektene og det som kan beskrives som bakgrunnsstøy og som inkluderer reststråling reflektert eller refraktert på overflaten av glasstråden i retning av mottageren.

I figur 3 er det vist et tverrsnitt av str ålingsve i en i tråden. Ved refleksjonsspi 1let inne i tråden bemerkes det at to arealer S i trådtverrsnittet ikke gjennomløpes av bestrålingen. Det er åpenbart at kun de defekter som i trådens tverrsnitt befinner seg i strålings veien kan gi grunn til et påvistbart signal. De kvantitative resultater av analysen må ta med i betraktning det faktum at en konstant' andel av tråden ikke gjennomløpes.

Ikke desto mindre er det foretrukket å begrense ekstrapoleringen av resultatene til utover det som virkelig analyseres og derfor er det ønskelig at tverrsnittet av tråden virkelig berøres av strålen i så stor grad som mulig. Dette impliserer umiddelbart at den innfalne stråle bør være minst så bred som glasstråden.

Figur 4a viser meget skjematisk det fenomen som observeres når strålen når faste partikler. Diffusjonen skjer i dette tilfelle i det vesentlige ved refleksjon. Tatt i betraktning over f lateuregeImessigheter av disse partikler skjer diffusjonen i mange retninger, dette representert i planet ved forskjellige piler. Meget åpenbart er diffusjonen ikke begrenset til figurplanet. Videre og uten å gå inn i et teore-tisk studium vil det være klart at en maksimalrefleks jon skjer i en retning motsatt det innfalne lys. M.a.o. er den gunstigste posisjon for påvisnig av signalene som tilsvarer nærværet av faste partikler i nærheten av senderen.

Det er antydet ovenfor hvordan mottageren må plasseres i forhold til planet for den innfalne stråle. Det er derfor nødvendig å tillegge til disse betingelser at planene som defineres av trådaksen og på den ene side den optiske akse for senderen og på den andre side den optiske akse for mottageren fortrinnsvis mellom seg danner seg en vinkel D (fig.5) som ikke er mindre enn 150°C på noen side av senderaksen.

Dette er det som er vist i fig. 5 og som i projeksjon i planet for strålen loddrett på tråden klargjør sonene i hvilken påvisning av hver type defekt er mest gunstig. For faste partikler er dette sone 1.

De betraktninger man gjør seg i forbindelse med defektene bestående av faste partikler kan også skje hva angår bobler eller blistere. Fig. 4b viser veien for stråler som møter en boble. Strålen går igjennom boblen men orienteringen modifiseres i vesentlig grad. Hvis en del av strålingen finnes i en total-retning som skiller seg lite fra den opprinnelige retning, medfører oppførselen for det optiske system som på den ene side utgjøres av boblene selv og på den annen side av glasstråden, at den diffunderte stråling sterkt spres. Den dekker en vesentlig del av rommet bortsett fra de områder som befinner seg nær senderen. Fig. 5 og i planet for den innfallende stråle er det effektive areal for lys diffundert av boblene antydet med II. I forhold til symmetriplanet for systemet som definert av glasstråden og senderen er grensesonen for diffusjon som er brukbar for analysering av boblene definert ved plan som med plan for sy mme t r i vi nke len danner en vinkel B som høyst er lik ca. 110° og fortrinnsvis høyst lik 100°.

Sammenligningen av de foretrukne posisjoner for mottageren for observasjon av de faste partikler på en side og bobler på den annen side viser at disse posisjoner er heller separert fra hverandre. Den separate observasjon av disse to typer defekter gir derfor ingen vanskeligheter.

Oppførselen av blistere er nær den til bobler. Spesielt er det vist at blistere er transparente. Deres påvirkning på stråling er imidlertid mindre definitivt merket på den ene side, kanskje fordi de har en ref raksjonsindeks nær den for glass, og på den annen side fordi de ikke har noen godt definert form. Overgangen fra glassmasse til blistere skjer ved en progressiv modifisering av mediet og dettes egenskaper, spesielt de optiske egenskaper. Det observeres, igjen uten å gå inn i noen teknisk teori, at under disse betingelser blir diffusjonen av brukbar påvisbar stråling begrenset til et rom nær den vei som følges av strålingen hvis fremskriden ikke påvirkes av defekter i glasstråden.

Eksperimentelt og under henvisning til symmetriplanet for det hele, kan den sone hvori en brukbar diffusjon på grunn av blistere kan observeres, begrenses ved plan som med symmetriplanet danner en vinkel C på høyst 50o og fortrinnsvis høyst 40°. I fig. 3 tilsvarer dette sone 3.

Ved å sammenligne det som nettopp er nevnt om sonene der bobler og blistere kan observeres bemerker man at disse soner overlapper kun delvis. Det er derfor i praksis mulig å påvise bobler alene i areale som tilsvarer en vinkel 50° til 110°. På den annen side påviser man i soner med vinkel under 50° samtidig stråler diffundert av bobler og av blistere.

Det er nettopp generelt antydet hvordan man skal plassere mottagerne for å påvise signaler som er forbundet med nærværet av defekter. Det er også interessant å se hva slags struktur disse signaler har.

Det teoretiske studium av fenomener i forbindelse med strålens bevegelse er som nevnt relativ kompleks og gir ikke mere nøyaktige elementer enn det forsøk resulterer i i praksis. Forsøk gir to meget distinkte strukturer i henhold til hvorvidt man betrakter bobler eller faste partikler. Det generelle utseendet av intensiteten av signalet som mottas som funksjon av tiden viser nar man arbeider under de betingelser for utstråling og mottak som er antydet ovenfor, for bobler meget utpreget og meget snever topp (fig. 6a) og for faste partikler på den annen side (fig. 6b) en meget mere utspredt form med mindre utpreget maksimum.

Uten å teoretisere gjør en intuitiv erkjennelse av dette fenom det mulig å forstå forskjellen. Strålingen fra de faste partikler er meget mere irregulær av den grunn at den går ut fra en overflate som i seg selv er irregulær mens bobler viser en mere definert geometri som i forhold til det omgivende medium gir en plutselig variasjon av refraksjonsindeksen.

Disse tolkninger tillater, uansett hvor ufullstendige de kan være, å gi en tolkning av de aktuelle observasjoner.

Blistere fører til et signal av typen fra faste partikler. Av denne grunn og selv om nærværet av signaler som tilsvarer blistere ikke kan skilles fra boblesigna1ene, forblir identifisering av de ene og andre ikke desto mindre mulig. Hva angår et skille mellom uoppløselige stoffer og blistere oppnår man dette på grunn av mottagerens posisjon. Slik man så ovenfor er områdene for observasjon av faststoffer og blistere helt og holdent adskilt.

Signalene som oppnås kan også tjene til studium av dimensjonene av de påviste defekter.

i

Målingen av et enkelt signal tillater ikke å erkjenne stør-relsen av partiklen hvorfra strålingen kommer. Det er klart at,generelt sagt, signalet er sterkere jo større defekten er.Imid1ertid må man ta med i betraktning posisjonen for de-jfekten i tråden. Denne posisjon bestemmer både intensiteten av innfallende stråling som mottas på defekten og intensiteten som diffunderes i retningen som velges for mottak. Videre er glass ved de angjeldende temperaturer meget absorerende for et vidt område av frekvenser. Avhengig av posisjonen for defekten og som konsekvens derav av den distanse som må tilbakelegges i materialtråden blir absorbsjonen mer eller mindre stor. Innflydelsen av posijon-en av defekten i glasstråden på intensiteten for signalet er således betydelig.

Over et stort antall defekter forblir imidlertid fordelingen av størrelsen den samme og en måling av den totale intensi-tet for signalene tillater en statistisk måling av størrel-sen av de påviste defekter.

I enhver henseende utgjør de påviste defekter kun en del av de defekter som virkelig er tilstede. Man har sett at visse deler av tråden ikke observeres da strålingen ikke går gjennom dem. I tillegg til dette og tatt i betraktning den lille dimensjon for overflaten av mottgeren i forhold til det totale rom inn i hvilket strålingen som kommer fra defektene kan rettes er det klart at kun en del av denne stråling påvises. Under disse betingelser kan målingene kun føre til statistiske verdier.

Under de dri ftsbetinge1ser som tilsvarer eksemplet nedenfor har sammenligningsmålinger skjedd ved å samle prøver som studeres utenfor installeringen vist at andelen av defekter som påvises ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er av størrelsesorden 10 til 20%. Ikke desto mindre er prosent-andelen under spesifikke betingelser svært nøyaktig. Med en maksimal observert feil i størrelsesorden 1%, en feil som absolutt er tillatelig under dr i ftsbetinge1sene og med henblikk på de ønskede resultater, kan metoden ansees som pålitelig, tatt i betraktning det faktum at det ikke er et spørsmål om å undersøke materiale for å sikre fravær av enhver defekt men spørsmål om en statistisk måling av defekter som opptrer med en relativt godtagbar frekvens.

Som eksempel ble det gjennomført et studium for å analysere glasstråd fra en sent r ifuga1 f iberf remsti 11ingsmaskin av den type som er beskrevet i FR-A-2 443 436.

Analyseinnretningen omfattet de forskjellige elementer som er vist i fig. 2, d.v.s. en sender 1, en motager 6 og dertil forbundne midler for behandling av mottatte signaler.

I det angjeldende tilfelle var lysskilden en laser som frembringer utstråling eller definit er monokromastisk med en sterk luminans selv for lav effekt. Den benyttede laser som var valgt på grunn av den lave pris var av Helium-neon-typen ( X = 632.8.10 ~<9>m) på 5 mW effekt.

Laseren ga en sylindrisk stråle med en diameter på 1 mm. Denne ble behandlet optisk ved hjelp av en forstørrer og en sylindrisk linse hvorved man oppnådde en plan form med meget liten tykkelse (mindre enn 0,08 mm). Denne stråle fokuseres på glasstråden som den skjærer langs et tverrsnitt over hele bredden som er i størrelsesorden 1 cm.

Sammensetning av sender og dertil hørende optisk utstyr er anordnet i et avkjølt hus for beskyttelse mot varme frigjort fra fi ber f remsti 11ingsmaskinen. Den optiske akse for systemet er horisontal og anordnet på en slik måte at den skjærer glasstråden. Avstanden mellom sender og tråd, bestemt ved den fokale avstand for den sylindriske linse,er en meter.

Tatt i betraktning betingelser, spesielt temperatur og den totale størrelse i umiddelbar nærhet av glasstråden, er det ifølge oppfinnelsen viktig å være istand til å plassere senderutstyret og mottagerutstyret i en viss avstand fra hverandre, selv om, når det gjelder motageren, dette resulterer i en reduksjon av effekten av de motsatte signaler. Mottageren! fig» 7j omfatter et filter 7 av interferenstypen med et lavt passeringsbånd ( gx 3.10 m) sentrert pa bølgelengden for senderen. Dette filter tillater eliminering av størstedelen av strøstråling fra tråden.

Det optiske utstyr 8 i forbindelse med dette interf erens fi 11er danner bildet av den del av tråden som be-røres av strålen og en diafragmedfotodiode 9. Fotodioden som benyttes er av PIN typen og arbeider på fotospenning og en lavstøyforforsterker er forbundet med fotodioden.

Denne sammensetning av cellefilter og forforsterker er anordnet i et avkjølt hus som befinner seg 0,75 m fra glasstråden. Den er utenfor planet for direkte propagering av lyss trålen.

Inklinasjonen A for betraktningsaksen for mottageren i forhold til planet for den innfallende stråle er 10°.

I praksis synes det fordelaktig å anbringe mottageren i symmetr iplanet for den optiske apparatur. 180° - og 0° posisjonene tilsvarer således et intesitetsmaks imum for stråler som reflekteres henholdsvis refrakteres. Videre er disse posisjoner de for hvilke sannsynligheten for nærvær av diffunderte stråler er de høyeste hvor defekter som nødvendigvis er fordelt tilfeldig utigjennom tverrsnittet av glasstråden.

Det optiske system av mottager som benyttes er skjematisk angitt i fig. 7. Det omfatter i tillegg til de tidligere anførte elementer en betraktningsanordning som utgjøres av et dreibart speil 10, et ref leksjonsprisme 11 og et øyestykke 12. Ved hjelp av denne betraktningsapparatur blir bildet av delen av tråden som opplyses av laseren og som dannes gjennom mottagerens optiske system, anbragt sammenfallende med spalten for diafragma 13 som befinner seg

i front av cellen.

Det elektriske signal som avgis av forforsterkeren føres så til en innretning for behandling av signalet, denne er ikke vist.

Karakteristisk renses signalet for høyfrekvent støy som idet vesentlige stammer fra ytre kretser ved hjelp av et lavgjennomgangsf i 11er med en frekvens på 10 kHz. Det filtrerte signal forsterkes og føres til filteret som tillater å ta med i betraktning kun signifikante signaler. Pulstellere med justerbare terskler tillater telling av defekter og eventuelt deres klassifisering i henhold til størrelse for å danne et histogram av slike defekter. Det er også mulig ved denne bearbeiding å skille bobler fra blistere for mokttageren som befinner seg 180° fra senderen.

I det angjeldende tilfelle omfatter innretningen kunen mottager anbragt suksessivt i de tre posisjoner som tidligere er antydet. Det er klart at en tilsvarende innretning kan laves med to eller tre mottagere som samtidig arbeider der hver er anordnet i en av disse posisjoner. Ved hjelp av den tidligere beskrevne innretning har det systematiske studium av glasstråden i det angjeldende tilfelle tillatt identifisering og telling av bobler. Målingene skjedde efter kalibrering av svarene.

Analyser viste således i glasset som ble studert nærvær av et meget stort antall bobler (i størrelsesorden 1000 pr. kg. glass) hvis størrelse er større enn 0,01 mm og for de største i størrelsesorden 1 mm. Blistere og ikke smeltet materiale forelå i meget mer begrenset antall, ca. 10 pr. kg, og opptrådte på uregelmessig måte, spesielt ved dr i ftsforandr inger ved fremstilling av materiale.

Ved å ta prøver under drift og ved å analysere disse ved avkjøling, har det vært mulig a observere tilfredsstillende sammenfall med måler tatt i henhold til oppfinnelsen. Andelen defekter som ble påvist ble konstant for forskjellige opptredens f rekvenser. Variasjonen i forhold mellom målingene overskred ikke 1%.

I det system som er vist i fig. 2 er kalibreringen forbundet ikke bare med et nøyaktig geometrisk arrangement, men også med diameteren for glasstråden av optiske grunner men spesielt på grunn av den vesentlige absorpsjon av glass ved de angjeldende temperaturer. Ved å forbinde en målerinnretning for diameteren av tråden (f.eks. et system med innrettede fotodioder) er det mulig å avveie de mottatte signaler automatisk slik at kaklibreringen kan være uavhengig av tråddiameteren.

Foregående eksempel er beskrevet med henblikk på en sylindrisk tråd men de samme innretninger kan benyttes for analyse av en flat glassduk.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for analyse av defekter tilstede i smeltet glass, karakterisert ved at en monokromatisk lysbunt hvis bølgelengde er under 3 x 10 ^ m rettes mot materialet på en slik måte at det i det minste delvis trenger inn i materialet og diffunderes på grunn av feil den møter i retninger og intensiteter som avhenger av feilene, at den diffunderte stråling detekteres ved hjelp av en mottager anbragt på en slik måte at diffundert stråling ikke maskeres av den som frembringes av refleksjon eller refraksjon på det analyserte materiale og at strålingen mottas i mottageren efter en filtrering som ikke tillater passasje av andre bølgelengder enn den til den monokromatiske lysstråle, og at materialet bringes til en relativ bevegelse i forholdet til analysestr ålen på en slik måte at intensiteten av diffundert lys varierer som en funksjon av feil som passerer i den monokromatiske stråle hvorved mottageren transformerer mottatt stråling til et elektrisk signal som forsterkes og registreres hvorved arten av feil kan bestemmes ut fra signalets form.

2 . Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at feilene analyseres i henhold til deres natur ved å velge posisjoner for mottageren i forholdet til den innfallende monokomati ske stråle og materialet som analyseres.

3 . Fremgangsmåte ifølge krav 2 for analyse av en glasstråd med i det vesentlige sirkulært tverrsnitt og som strømmer kontinuerlig, karakterisert ved at den monokromatiske ana1ysestr åle er flat og rettet i henhold til et tverrsnitt mot tråden og at mottageren er anordnet for å motta stråling som er diffundert og som med stråleplanet utgjør en vinkel på minst 5° og høyst 20°.

4 . Fremgangsmåte ifølge krav 3 for analyse av defekter bestående av opake partikler! karakterisert ved at mottageren er anordnet i et plan som med planet som defineres av glasstråden og retninger for den innfallende stråle utgir en vinkel D på mer enn 150°.

5 . Fremgangsmåte ifølge krav 3 for analyse av defekter bestående av bobler, karakterisert ved at mottageren anbringes i et plan som med planet som defineres av glasstråden og retningen for den innfallende stråle utgjør en vikel B som høyst er lik 110°.

6 . Fremgangsmåte ifølge krav 3 for analyse av defekter som utgjøres av blistere, karakterisert ved at mottageren er anordnet i et plan som med det planet som utgjøres av glasstråden og retningen av den innfallende stråle utgjør en vinkel C som høyst er lik 5°.

7 . Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at man for en og samme posisjon for mottageren, arten av defekter presiseres i form av de mottatte signaler idet forskjellige former separeres ved hjelp av elektriske filtere i forbindelse med f orsterkerinnretninger og opptegningsinnretninger.

8 . Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den monokromatiske lysstråle har en bølgelengde mellom 0,4 og 2,0 x 10" <6> m.

9 . Innretning for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående krav! karakterisert ved at den omfatter: - en sender (1) for en monokromatisk stråle med en bølgelengde under 3 x 10 — 6 m rettet mot materialet 2 som skal analyseres optiske innretninger (4) som omgjør strålen til en plan stråle med liten tykkelse mot materiale som analyseres, en mottager (6) omfattende filtre sentrert på bølgelengden for senderen, midler for å konvertere den mottatte stråling til et elektrisk signal, og midler for elektrisk filtrering for å separere signalene i henhold til deres art samt be regningshje1pemidle r.

10. Innretning ifølge krav 9 for analysering av en materialtråd i flytende tilstand, karakterisert ved at den omfatter målemidler for tråddiameteren for således ved analysen ved hver måling å ta med i betrakting diameteren til tråden og eventuelt på automatisk måte å korrigere målingene for å ta hensyn til eventuelle variasjoner i tråddiameteren.