Verfahren zur Ermittlung des Aufbaus eines aus Mantel und Kern bestehenden Körpers
Es sind bereits Verfahren bekannt, um festzustellen, ob beispielsweise die Isolation, also Ummantelung eines elektrischen Leiters, konstante Dicke aufweist bzw. ob der Leiter durchaus zentrisch in der Ummantelung liege. Die Verfahren können sich also auf die Feststellung beschränken, ob die angestrebte Bedingung gleichmässiger Manteldicke erfüllt sei oder nicht und in welcher Richtung und in welchem Ausmass gegebenenfalls eine Exzentrizität vorhanden sei.
Diese bekannten Messmethoden versagen jedoch z. B. dann, wenn die Mantelstärke gewollt ungleich ist, wie es beispielsweise bei sektorförmigen Teilsträngen für Kabel der Fall ist, und'oder wenn es praktisch unmöglich wird, infolge einer bestimmten Querschnittsform des Körpers eine eindeutige Lage des Messsystems bezüglich des Kabels bzw. der Kabeloberfläche zu bestimmen. In diesem Falle wird es nämlich erforderlich, die äussere Konfiguration der Manteloberfläche zu ermitteln und unabhängig davon die Lage des Kerns, beispielsweise eines Kabelleiters, bezüglich der Körperoberfläche festzustellen. Das wird nun erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass man mittels zweier Messsysteme zugleich fortschreitend über den Körperumfang die Konfiguration der Manteloberfläche und die Lage des Kerns im Mantel ermittelt.
Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Apparatur zur Durchführung dieses Verfahrens schematisch dargestellt. Der Leiter 1 des als Beispiel angenommenen Kabelstrangs hat kreisförmigen Querschnitt, während die Isolation 2 ein im wesentlichen dreieckiges bzw. sektorförmiges Profil aufweist. Das Kabel wird in Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene in bekannter Weise aus einer Fabrikationseinrichtung durch die Prüfeinrichtung gefördert. Diese Prüfeinrichtung weist einen schematisch dargestellten Messkopf 3 auf, welcher mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit um das Messobjekt gedreht und zugleich mittels Servosteuerung radial verstellt werden kann. Diese Bewegungsmöglichkeiten sind in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet.
Symmetrisch zur Radialrichtung befinden sich im Messkopf 3 zwei gleichartige Beleuchtungssysteme 4, von welchen jedes ein kegelförmiges Lichtbüschel 5 bzw. 6 radial nach innen wirft. Diese Lichtbüschel besitzen eine gemeinsame Spitze bzw. einen gemeinsamen Brennpunkt. In der Zeichnung ist angenommen, dieser Brennpunkt befinde sich gerade an der Oberfläche der Kabelisolation 2. Symmetrisch zwischen den beiden Beleuchtungssystemen 4 ist eine Photozelle, ein Phototransistor oder ein entsprechender photoelektrischer Wandler 7 angeordnet, welcher von der Oberfläche der Kabelisolation 2 reflektiertes Licht empfängt.
Im Kopf 3 befindet sich eine nicht näher dargestellte Servosteuereinrichtung, welche den gesamten Kopf nach später angegebenen Gesetzmässigkeiten längs radialen Führungen 8 einer auf einer ortsfest gelagerten AntriebswelIe befestigten Trägers 9 radial einwärts oder auswärts bewegt. Am Träger ist ferner ein tastlos, vorzugsweise elektromagnetisch arbeitendes Messsystem 10 befestigt, welches den Abstand der Oberfläche des Leiters 1 von diesem Messsystem ermittelt. Dieses Messsystem kann genau analog ausgebildet sein wie das im Schweizer Patent Nr. 347 646 beschriebene.
Die Arbeitsweise des schematisch dargestellten Geräts ist wie folgt:
Befindet sich der Brennpunkt direkt an der Ober- fläche der Isolation 2, so empfängt der photoelektrische Wandler 7 eine maximale Lichtintensität, für welche der erwähnte Servomechanismus nicht anspricht. Dreht sich nun der Messkopf 3 in der Zeichnung z. B. nach links, so wird der Brennpunkt sich gegenüber der Isolationsoberfläche z. B. nach innen verlagern, womit der photo elektrische Wandler 7 eine langsam abnehmende Lichtintensität erhält und der Messkopf 3 durch die erwähnte Servosteuerung radial nach aussen bewegt wird.
Erfolgt dabei eine Überkompensation in dem Sinne, dass der Brennpunkt ausserhalb der Isolationsoberfläche verlagert wird, so sinkt die auf den photoelektrischen Wandler 7 auftreffende Lichtintensität plötzlich praktisch auf Null, was eine Umsteuerung des Servomechanismus zur Folge hat, wodurch der Messkopf 3 wieder radial nach innen und damit der Brennpunkt auf die Isolationsoberfläche zu bewegt wird. Die Auswertung erfolgt dabei durch einen Differentiator, welcher entsprechend dem Gradienten der Intensitätsänderung die Servosteuerung überwacht. Es ist damit klar, dass der Messkopf stets in dem Sinn radial verstellt wird, dass der Brennpunkt der beiden Lichtbüschel 5 und 6 sich über die Oberfläche der Isolation 2 bewegt.
Entsprechend der radialen Lage des Messkopfes 3 und entsprechend der Winkellage dieses Messkopfes können passende elektrische Koordinatenwerte abgeleitet werden, welche auf das Ablenksystem einer Kathodenstrahlröhre gegeben werden. Der Strahl dieser Röhre wird somit während einer vollen Umdrehung des Messkopfs 3 so abgelenkt, dass er auf dem Bildschirm eine Kurve beschreibt, welche genau der Umfangsform der Kabelisolation 2 entspricht.
Unabhängig davon hat das Messsystem 10 für zwei beispielsweise um 90" gegeneinander versetzte Punkte die Distanz des Kabelleiters 1 vom Messsystem 8 ermittelt und hat entsprechende Koordinatenwerte zur Ablenkung eines zweiten Strahls der Kathodenstrahlröhre geliefert. Auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre wird somit ein Bild erscheinen, welches nicht nur die genaue Umfangsform der Kabelisolation anzeigt, sondern auch die relative Lage des Kabelleiters in dieser Isolation.
Natürlich kann die Servosteuerung der Radiallage des Messkopfes 3 durch andere Energiestrahlungen gesteuert werden, welche an der Oberfläche der Isolation 2 reflektiert werden.
Ein erster wesentlicher Vorteil des beschriebenen Messverfahrens besteht darin, dass die Messung durchaus tastlos erfolgen kann. Das bringt vor allem die Möglichkeit mit sich, z. B. beim Umspritzen von Leitern mit Kunststoff sehr nahe an der Spritzdüse zu messen.
Da von einer bestimmten Bezugslage aus, welche durch die Achse des Trägers 9 gegeben ist, gemessen wird, und beide Messresultate zugleich auf diese Lage bezogen sind, wird immer die richtige relative Lage und Form der Oberflächen von Mantel und Kern angezeigt, d. h. die Anzeige erfolgt unabhängig von der relativen Lage der Axe des zu prüfenden Körpers und der Drehaxe der Messsysteme. Das setzt allerdings zur verzerrungsfreien Anzeige voraus, dass die relative Lage der Kabelaxe und der Drehaxe des Trägers 9 während mindestens eines Umlaufs der Messsysteme gleich bleibe.
Für bestimmte Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, die Messvorrichtung 10 im Messkopf 3 zu montieren und somit zusammen mit demselben radial zu verstellen. Es ist aber dabei erforderlich, die beiden Messresultate in geeigneter Weise zu überlagern, und damit den Einfluss der radialen Bewegung des Messsystems 10 zu berücksichtigen bzw. zu kompensieren.
Method for determining the structure of a body consisting of a shell and core
Methods are already known to determine whether, for example, the insulation, that is to say the sheathing of an electrical conductor, has a constant thickness or whether the conductor lies entirely centrally in the sheathing. The methods can therefore be limited to the determination of whether the desired condition of uniform jacket thickness is met or not and in which direction and to what extent an eccentricity may exist.
However, these known measurement methods fail z. B. when the jacket thickness is deliberately unequal, as is the case, for example, with sector-shaped partial strands for cables, and'or when it is practically impossible, a clear position of the measuring system with respect to the cable or the cable surface due to a certain cross-sectional shape of the body to determine. In this case, it becomes necessary to determine the external configuration of the jacket surface and, independently of this, to determine the position of the core, for example a cable conductor, with respect to the body surface. According to the invention, this is achieved in that the configuration of the surface of the jacket and the position of the core in the jacket are determined simultaneously, progressively over the body circumference, by means of two measuring systems.
An exemplary embodiment of an apparatus for carrying out this method is shown schematically on the basis of the drawing. The conductor 1 of the cable harness assumed as an example has a circular cross-section, while the insulation 2 has an essentially triangular or sector-shaped profile. The cable is conveyed in a known manner from a manufacturing facility through the testing facility in a direction perpendicular to the plane of the drawing. This testing device has a schematically illustrated measuring head 3, which can be rotated around the measuring object at a uniform angular speed and at the same time can be adjusted radially by means of servo control. These possibilities of movement are indicated in the drawing by arrows.
Symmetrical to the radial direction, two similar lighting systems 4 are located in the measuring head 3, each of which throws a conical light bundle 5 or 6 radially inward. These light bundles have a common tip or a common focal point. In the drawing it is assumed that this focal point is currently on the surface of the cable insulation 2. A photocell, a phototransistor or a corresponding photoelectric converter 7 is arranged symmetrically between the two lighting systems 4 and receives light reflected from the surface of the cable insulation 2.
In the head 3 there is a servo control device, not shown in detail, which moves the entire head radially inwards or outwards according to the principles specified later along radial guides 8 of a carrier 9 fastened to a stationary drive shaft. A tactless, preferably electromagnetically operating measuring system 10 is also attached to the carrier and determines the distance between the surface of the conductor 1 and this measuring system. This measuring system can be designed in exactly the same way as that described in Swiss Patent No. 347 646.
The operation of the device shown schematically is as follows:
If the focal point is located directly on the surface of the insulation 2, the photoelectric converter 7 receives a maximum light intensity for which the aforementioned servomechanism does not respond. If the measuring head 3 rotates in the drawing z. B. to the left, the focal point is opposite the insulation surface z. B. shift inward, so that the photoelectric converter 7 receives a slowly decreasing light intensity and the measuring head 3 is moved radially outward by the aforementioned servo control.
If there is overcompensation in the sense that the focal point is shifted outside the insulation surface, the light intensity incident on the photoelectric converter 7 suddenly drops to practically zero, which results in a reversal of the servo mechanism, whereby the measuring head 3 again radially inwards and so that the focal point is moved towards the insulation surface. The evaluation is carried out by a differentiator, which monitors the servo control according to the gradient of the change in intensity. It is therefore clear that the measuring head is always adjusted radially in the sense that the focal point of the two light bundles 5 and 6 moves over the surface of the insulation 2.
Corresponding to the radial position of the measuring head 3 and corresponding to the angular position of this measuring head, suitable electrical coordinate values can be derived, which are given to the deflection system of a cathode ray tube. The beam of this tube is thus deflected during one full revolution of the measuring head 3 in such a way that it describes a curve on the screen which corresponds exactly to the circumferential shape of the cable insulation 2.
Independently of this, the measuring system 10 has determined the distance of the cable conductor 1 from the measuring system 8 for two points offset by 90 "from one another, for example, and has supplied corresponding coordinate values for deflecting a second beam from the cathode ray tube. An image will thus appear on the screen of the cathode ray tube which is not only shows the exact circumferential shape of the cable insulation, but also the relative position of the cable conductor in this insulation.
Of course, the servo control of the radial position of the measuring head 3 can be controlled by other energy radiation which is reflected on the surface of the insulation 2.
A first major advantage of the measurement method described is that the measurement can be made without touch. Above all, this brings the possibility of z. B. when encapsulating conductors with plastic to measure very close to the spray nozzle.
Since measurements are made from a specific reference position, which is given by the axis of the carrier 9, and both measurement results are related to this position at the same time, the correct relative position and shape of the surfaces of the jacket and core is always displayed, i.e. H. the display is independent of the relative position of the axis of the body to be tested and the axis of rotation of the measuring systems. However, for a distortion-free display, this presupposes that the relative position of the cable axis and the rotational axis of the carrier 9 remains the same during at least one revolution of the measuring systems.
For certain applications it can be advantageous to mount the measuring device 10 in the measuring head 3 and thus to adjust it radially together with the same. In this case, however, it is necessary to superimpose the two measurement results in a suitable manner, and thus to take into account or compensate for the influence of the radial movement of the measurement system 10.