Vergleichsverfahren zur Prüfung mindestens einer radialen Ausdehnung eines Drahtes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vergleichsverfahren zur Prüfung mindestens einer radialen Ausdehnung eines Drahtes und eine elektrische Vergleichseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Erfindungsgemäss wird nun ein Vergleichsverfahren zur Prüfung mindestens einer radialen Ausdehnung eines Drahtes vorgesehen, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Beleuchtung zweier Photozellen vermindert wird, indem man einerseits den Prüfdraht in dem zu einer Photozelle führenden Lichtweg anordnet und anderseits die Beleuchtung der andern Photozelle in einem Ausmass vermindert, welches der Einfügung eines Normaldrahtes an einer gleichwertigen Stelle in dem zur andern Photozelle führenden Lichtweg entspricht, und dass man den Grad der Ungleichheit der Beleuchtung der beiden Photozellen bestimmt.
Die Erfindung sieht weiter eine Vergleichseinrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens vor, welche sich auszeichnet durch ein Paar photoelektrische Zellen, Mittel zur Beleuchtung der genannten Photozellen, Mittel zur Detektion der Ausgangsspannungen der Photozellen, um die entsprechenden Beleuchtungsintensitäten zu vergleichen, weiter durch Mittel, um den Prüfdraht in den zu einer Photozelle führenden Weg einzusetzen, und schliesslich durch Mittel, um an einer gleichwertigen Stelle in dem zur andern Photozelle führenden Beleuchtungsweg einen Normaldraht oder ein gleichwertiges Hindernis einzubringen.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens näher beschrieben. Dabei wird das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise erläutert.
In der Zeichnung zeigt: die Fig. 1 schematisch einen photoelektrischen Vergleichskopf zur Messung von Drähten, die Fig. 2 eine schematische Darstellung des photoelektrischen Kopfes der Fig. 1 und die Fig. 3 ein Röhrenvoltmeter mit stabilisierter Speisequelle zur Verwendung in Verbindung mit Fig. 2.
Die zu beschreibende Vergleichseinrichtung ist eine Drahtdurchmesser-Messeinrichtung, die sich insbesondere zur Verwendung bei einem kontinuierlichen Vorgang eignet, bei welchem der über eine vorgegebene Länge gemittelte Durchmesser des Drahtes dauernd mit dem vorgeschriebenen Durchmesser verglichen wird, welcher in der Vergleichs einrichtung durch Eichung mit einem Drahtstück von angenähert der richtigen Grösse erzeugt wird. Der Draht kann beispielsweise aus einem Bad herauslaufen, in welchem er mit einem Überzug versehen wird, wobei die Gleichförmigkeit des Überzuges dauernd überprüft werden kann, um gegebenenfalls Korrekturen bzw.
Neueinstellungen vornehmen zu können. Solche Einstellungen können, falls erwünscht, automatisch durch einen Servomechanismus vorgenommen werden, welcher durch die Vergleichsvorrichtung gesteuert wird.
Bei bisherigen Messverfahren wurden oft rasche Kontrollen mit Hilfe von Mikrometern durchgeführt, aber es hat sich gezeigt, dass trotz der Häufigkeit dieser Kontrollmessungen Änderungen im Drahtüberzug in geringen Abständen von wenigen Zentimetern auftreten können.
Die Fig. 1 zeigt die wesentlichen Einzelheiten einer Vergleichsmesseinrichtung, in welcher eine gewisse Drahtlänge hinsichtlich ihres Durchmessers mit einem optischen Vergleichsbild verglichen werden kann, welches in der Messeinrichtung mit Hilfe eines Drahtstückes von bekanntem Durchmesser erzeugt wird. Die Messeinrichtung weist zwei photoelektrische Zellen V5 und V6 auf, welche in gleichem Mass durch eine einzelne Lichtquelle beleuchtet werden, welche zweckmässigerweise aus einer Glühfadenlampe LS besteht, mit der Ausnahme, dass im Weg zur Photozelle V6 ein Drahtstück CW liegt, während im Weg zur andern Zelle V5 ein Keil WD liegt, welcher in einer (nicht gezeigten) Führung gelagert ist und eine EinstellschraubeAS aufweist, die in einer Montageplatte PN gelagert ist.
Der Keil WD ist tatsächlich ein optischer Keil, welcher aus einer photographischen Platte von gleichmässig ändernder Dicke besteht und unter dem Namen photographischer Keil bekannt ist. Durch wanderung der Lage des Keils im Lichtweg zur Zelle v5 lässt sich die Beleuchtung der beiden Zellen auf das gleiche Ausmass einstellen, so dass in Abhängigkeit des verwendeten Drahtes eine Eichung entsteht.
Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist die Vergleichs einrichtung eine Brückenschaltung und ein Röhrenvoltmeter auf, um Änderungen der Beleuchtungsintensität der Photozellen zu vergleichen, welche dadurch entstehen, dass man in den Lichtstrahl zu jeder Zelle Gegenstände einführt, welche das Licht teilweise abblenden.
Das Drahtstück, welches zur Eichung verwendet wird, kann ein Drahtstück mit dem Solldurchmesser sein, welches zu Eichzwecken anstelle des Prüflings in den Apparat eingesetzt wird, oder es kann sich um ein Stück des Prüflings selbst handeln, welches mit Hilfe eines Mikrometers genau aus gemessen worden ist, wobei, falls nötig, in der Eichung eine Toleranz für eine Abweichung des Durchmessers vom gewünschten Wert eingeführt wird. Der Eichvorgang wird nachstehend ausführlich beschrieben.
Die beiden Zellen sind gegeneinander zwischen die Klemmen einer stabilisierten Quelle von 150 Volt geschaltet, wie dies aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht.
Der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Zellen ist mit dem Gitter einer Pentode V4 verbunden, welche als Elektrometer arbeitet. Eine Elektrometer-Röhre ist eine Elektronenröhre mit einer sehr hohen Eingangsimpedanz am Steuergitter und sehr guter Isolation innerhalb der Röhre. Zu diesem Zweck wird die Röhre mit niederen Spannungen betrieben, um den Gitterstrom möglichst gering zu halten. Dadurch ist es möglich, die Photozellen nur mit der Eingangsimpedanz der Elektronenröhre zu belasten, welche im Fall der Verwendung einer Röhre 6BS7 als Elektrometer ungefähr 500 Kilo-Megohm beträgt.
Die Anode und die Kathode der Elektrometer Röhre sind mit Anzapfstellen eines Spannungsteilers verbunden, welcher aus Widerständen hoher Stabilität besteht, welche unter sich in Reihe geschaltet ebenfalls an der stabilisierten Spannung liegen. Auf diese Weise wird eine Brückenschaltung erhalten, in welcher die Elektrometer-Röhre als Detektor für Potential änderungen am Verbindungspunkt der beiden Zellen wirkt. Durch die gewählte Anordnung ist das resultierende Ausgangssignal der beiden Zellen unabhängig von Lichtänderungen, die in der Lampe LS ihre Ursache haben, da solche Änderungen beide Zellen in der gleichen Weise beeinflussen.
Die Fig. 3 zeigt ein Röhrenvoltmeter mit der zugeordneten Speiseschaltung, welche einen Netztransformator Tj aufweist, welcher über nicht gezeigte Sicherungen und Schalter mit einer Wechselstromquelle verbunden ist. Die Sekundärwicklungen a-a'... d-d' sind vorgesehen, um die Röhrenheizfäden und die Lampe LS zu speisen, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist. Die Hauptsekundärwicklung, welche eine Mittelanzapfung aufweist, ist mit der Vollweg Gleichrichterröhre V1 verbunden, deren Ausgangsspannung durch den Kondensator C5 geglättet und an die Stabilisatorröhre V2 über den Widerstand Rl angelegt wird, um die stabilisierte Spannung von 150 Volt zu erzeugen.
Das symmetrische Röhrenvoltmeter weist eine Doppeltriode V3 auf, deren Kathoden miteinander und mit dem Spannungsteiler R2-R3 verbunden sind, welcher an der stabilisierten Spannung liegt, so dass sich die beiden Kathoden auf einem gemeinsamen Potential über Erde befinden. Dadurch wird die Röhre genügend vorgespannt, damit an ihren Gittern Spannungen gemessen werden können, ohne dass eine merkliche Belastung der gemessenen Quelle durch das Fliessen von Gitterstrom entsteht. Die Anodenwiderstände R4 und R5, welche mit der positiven Klemme der stabilisierten Quelle verbunden sind, weisen enge Toleranzen auf, so dass bei Verwendung einer nicht genügend symmetrischen Röhre in die Schaltung eine schlechte Nullanzeige entsteht, welche einen Hinweis dafür liefert, dass die betreffende Röhre sich für den vorgesehenen Zweck nicht eignet.
Die Röhre arbeitet mit herabgesetzter Heizspannung, um die Gitterstrombelastung möglichst gering zu halten. Ein Milliamperemeter M1 mit in der Mitte gelegenem Nullpunkt, welches vom Nullpunkt aus in Plus- und Minusprozenten geeicht ist, liegt zwischen den beiden Anoden der Röhre V3.
Das Gitter der einen Triode, im vorliegenden Falle der Triode (a), ist mit einem festen Potential verbunden, welches durch den bereits erwähnten Spannungsteiler R,-R, bestimmt ist, welcher aus Widerständen hoher Stabilität besteht. Das Gitter der Triode (a) ist mit der Verbindungsstelle der Widerstände R7 und R8 und das Gitter der Triode (b) mit der Anode der Röhre V4 verbunden.
Es ist hier zu erwähnen, dass der in Fig. 2 dargestellte Apparateteil vorzugsweise als getrennter Teil ausgebildet ist, welcher mit dem Röhrenvoltmeterteil über ein Vielfachkabel und einen Vielfachstecker verbunden ist, welcher in der Fig. 2 durch die Klemmen 1-9 dargestellt ist.
Um die erforderliche hohe Eingangsimpedanz zu erhalten, wird die Röhre V4 mit einem Schirmgitterpotential von 12 Volt betrieben, welches am Widerstand R6 vorhanden ist. Das Anodenpotential beträgt 16 Volt; es ist an der Serieschaltung der Widerstände R7 und R8 verfügbar und wird über den Widerstand Rlo zugeführt, welcher als Belastungswiderstand für die Röhre V4 dient. Beide Potentiale sind bezüg lich der Kathode gemessen, und die Heizspannung der
Röhre V4 weist einen herabgesetzten Wert von 3,5 Volt im Vergleich zu einem Normalwert von ungefähr
6 Volt auf, um die Möglichkeit eines Gitterstromes herabzusetzen.
Unter den oben angegebenen Verhältnissen beträgt der mittlere Strom der Elektrometer-Röhre V4 (das heisst bei Symmetrie in Es und V6) 33 Mikroampere, welcher im Widerstand Rlo einen Spannungsabfall von ungefähr 4 Volt erzeugt. Bei diesem Stromwert ist daher das Anodenpotential gleich dem Schirmgitterpotential, und da diese beiden Elektroden mit den beiden Gittern des symmetrischen Röhrenvoltmeters VI verbunden sind, zeigt das Anzeigeinstrument Ml keine Abweichung von der Nullage an. Die Röhre V4 ist so vorgespannt, dass sie sich bei einem Anodenstrom von 33 Mikroampere im optimalen Arbeitspunkt befindet, so dass die Röhre in gleicher Weise auf Abweichungen nach oben und nach unten von der mittleren Eichlage anspricht.
Die Eichung des Instrumentes MT an sich und als Vergleichsinstrument wird nun nachstehend näher beschrieben.
Anfänglich, wenn kein Draht im Weg zur Zelle V6 und kein Keil im Weg zur Zelle V5 liegt, soll das Instrument Ml den Wert Null anzeigen. Falls dies nicht der Fall ist, müssen die Photozellen gegenseitig vertauscht oder ausgewechselt oder die kritisch bemessenen oben erwähnten Widerstände geprüft oder ersetzt werden. Es sind keine Einstellvorrichtungen zur Erzeugung der Symmetrie angezeigt, und solche sind unter Annahme einer vernünftigen Symmetrie auch nicht nötig, da der gegebenenfalls noch benötigte Abgleich nachträglich durch den Keil WD vorgenommen werden kann.
Für die anfängliche Eichung des Instrumentes M1 wird ein Draht mit sorgfältig gemessenem Durchmesser als Normal verwendet und der Keil so lange eingestellt, bis sich das Instrument in der Nullage befindet. Hierauf werden mehrere Drähte, deren Durchmesser um einen bekannten Prozentsatz vom Solldurchmesser abweicht, nacheinander eingesetzt, und ohne weitere Einstellung des Keils werden die Zeigerstellungen auf der Skala entsprechend der prozentualen Abweichung markiert. Da wie erwähnt die Elektrometer-Röhre im optimalen Arbeitspunkt arbeitet, ergibt sich praktisch eine lineare Abhängigkeit, so dass die Skala linear unterteilt werden kann, nachdem einige Markierungen vorliegen.
Die erhaltene Skala kann, falls erwünscht, an einigen Stellen an beiden Enden des erforderlichen Messbereiches für die zu messenden Drähte nachkontrolliert werden. Mit andern Worten ist der praktische Arbeitsbereich des Instrumentes bestimmt durch den extremen Drahtdurchmesser, bei welchem die Eichung in Funktion der prozentualen Abweichungen praktisch genau bleibt.
Es ist zu erwähnen, dass ein einziger photographischer Keil unter Umständen nicht genügt, um den genannten möglichen oder nötigen Bereich zu decken, so dass der Keil, welcher wie erwähnt, eine der Feineinstellung dienende Vorrichtung ist, mit einer grö sseren Vorrichtung in Form einer einstellbaren Blende ergänzt werden kann.
Die Eichung des Instrumentes für die Verwendung mit einem besonderen Draht ist nun ohne weiteres verständlich. Der Vergleichsdraht wird anstelle des Prüfdrahtes eingesetzt, und der Keil (und die Blende) wird so eingestellt, dass das Instrument Ml die Anzeige Null oder einen Ausschlag liefert, welcher der Abweichung des Vergleichsdrahtes vom tatsächlich gewünschten Nullwert entspricht, falls dieser letztere Wert nicht verfügbar ist.
Die für die beiden photoelektrischen Zellen gewählte Anordnung bewirkt, dass das an das Gitter der Röhre V4 angelegte Potential vermindert wird, wenn die Beleuchtung der Zelle V0 zunimmt, wenn der im Weg des Lichtstrahls zur Zelle liegende Gegenstand, also im vorliegenden Fall ein Drahtstück, in der Grösse abnimmt. Diese Verhältnisse sind erwünscht, da das Verschwinden eines Gegenstandes, wie z. B. durch den Bruch des Drahtes bei einem kontinuierlichen Messverfahren einen maximalen Ausschlag an der Anode der Elektrometer-Röhre bewirkt, wenn diese gesperrt wird. Dadurch wird eine Sättigung der Röhre verhindert, wenn z. B. der Draht ausläuft und die volle Beleuchtung auf die Zelle V6 fällt.
Mit der oben beschriebenen Vergleichsvorrichtung können Drahtdicken im Bereich von 0,0127 bis 3,2 mm gemessen bzw. geprüft werden, und die maximal zulässige Bewegung des Drahtes in Querrichtung beträgt + 3 2 mm in Abhängigkeit der Drahtdicke. Es ist eine ablesbare Ablenkung von + 16% auf einer Skalenlänge von 10 cm vorgesehen, wobei die Genauigkeit besser als + 1% ist.
Infolge der Zeitkonstanten des Detektionskreises erfolgt jedoch die Detektion nicht augenblicklich, und beim vorliegenden Instrument beträgt sie ungefähr 0,5 Sekunden. Einschränkend wirken dabei die Kapazität am Gitter der Elektrometer-Röhre wegen der hohen vorhandenen Impedanzen und die Trägheit des Messinstrumentes. Daraus folgt, dass die in irgendeinem Augenblick angezeigte Kaliberanzeige ein durch Integration gewonnener Mittelwert über die vorangehende Periode von 1/2 Sekunde ist, wodurch bei bekannter Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes die Drahtlänge feststeht, über welche die Mittelung vorgenommen wird. Dies ist an sich kein Nachteil, da dadurch die Richtung und Tendenz, in welcher sich ein Vorgang, z. B. das Überziehen eines Drahtes, entwickelt, angezeigt wird, während kurzzeitige Änderungen, welche gewöhnlich nicht wichtig sind, weniger beachtet werden.
Für eine Integration über eine grössere Drahtlänge bei der gleichen Vorschubgeschwindigkeit kann die Zeitkonstante dadurch vergrössert werden, dass man die Streukapazitäten mit Hilfe von konzentrierten Impedanzen von geeignetem Wert überbrückt.
Falls eine Servosteuerung erforderlich ist, kann zusätzlich (über einen hochohmigen Kreis) ein Potential von der Anode der Röhre V3 (a oder b) abgenommen werden, welches dann in bekannter Weise zur Steuerung der gewünschten Vorgänge verwendet wird.
Beim Überziehen von Drähten kann es vorkommen, dass der Durchmesser nicht in allen Richtungen gleichförmig ausfällt, das heisst, es besteht die Tendenz, dass der Drahtquerschnitt oval wird. In einem bestimmten Zeitpunkt kann selbstverständlich nur die Dicke des Drahtes in einer Richtung gemessen werden, aber das System ist genügend flexibel aufgebaut, dass man eine Ablesung bei so viel Querschnitten als nötig vornehmen kann. Zu diesem Zweck können weitere Vergleichseinrichtungen unter einem gewissen Winkel bezüglich der ersten Messeinrichtung, und zwar bei oder in der Nähe der letzteren angeordnet werden.
Dadurch können Messungen in verschiedenen Richtungen eines Querschnittes ausgeführt werden. Falls erwünscht, können die Spannungen nach deren Anlegung an die entsprechenden Elektrometer-Röhren gemischt werden, so dass sich eine Anzeige ergibt, die dem mittleren Durchmesser entspricht.
Während des t : Überzugsvorganges ist es oft er- wünscht, die mittlere Dicke des Überzuges selbst über eine gewisse Periode zu messen. Dies kann leicht dadurch geschehen, dass man den nackten Draht vor der entgegengesetzten Zelle (Vergleichszelle) vorbeiführt, anstatt vor dieser, wie oben beschrieben, einen Keil anzuordnen. Bei dieser Wahl der Anordnung stellt die Vorrichtung automatisch eine Dickendifferenz fest, ohne dass es nötig wäre, eine Einstellung auf eine besondere Dimension vorzunehmen. In einem solchen Fall ist das Messinstrument vorzugsweise so ausgebildet, dass sich seine Nullage am untern Ende der Skala befindet.
Es ist zu erwähnen, dass in diesem Fall die Voraussetzung gemacht wird, dass der nackte Draht über seine Länge einen absolut gleichförmigen Durchmesser aufweist, was praktisch zutrifft.
Selbstverständlich kann anstelle des photographischen Keils ein sog. Normaldraht als Vergleichsstück verwendet werden, um den Prüfdraht mit einem Normal zu vergleichen.
Schliesslich ist zu erwähnen, dass anstelle der Verwendung einer einzigen Lichtquelle für zwei Photozellen, wie dies in der vorstehenden Beschreibung der Fall war, auch die Verwendung getrennter Lichtquellen möglich ist, welche jedoch so ausgebildet sein müssen, dass sie an den Photozellen die gleichen Beleuchtungsintensitäten erzeugen. Dies ist mit einer gewissen Schwierigkeit verbunden, wie ohne weiteres verständlich ist, so dass man der vorstehend beschriebenen Anordnung mit einer einzigen Lichtquelle normalerweise den Vorzug gibt.