Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen, berührungslosen und zerstörungsfreien
Durchmesserkontrolle von strangförmigen Gebilden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur kontinuierlichen, berührungslosen und zerstörungsfreien Durchmesserkontrolle von strangförmigen Gebilden unter Anwendung radioaktiver Strahlung. Das Verfahren und die Einrichtung dienen vorzugsweise zur Durchmesserkontrolle bei Kabeln und isolierten Leitern, sind jedoch auch zur Messung des Aussendurchmessers von Rohren und anderen Profilen geeignet, wobei der Werkstoff keine Rolle spielt.
Es ist bekannt, die Dicke von strangförmigen Gebilden, insbesondere von Isolierhüllen isolierter Leiter, durch mechanische Abtastung mittels Rollen zu messen. Das Messergebnis wird an elektrischen Geräten angezeigt. Weiterhin ist es möglich, strangförmige Gebilde berührungslos auf optischem Wege abzutasten und das Messergebnis an geeigneten Instrumenten sichtbar zu machen.
Bei einem anderen bekannten Verfahren wird als Strahleuquelle eine Röntgenröhre benutzt, die durch eine Maske fokussiert wird. Zwischen der Strahlenquelle und einem Leuchtschirm wird das zu messende strangförmige Gebilde berührungslos vorbeigeführt, so dass auf dem Leuchtschirm der Durchmesser des strangförmigen Gebildes direkt angezeigt wird.
Es ist ferner bekannt, schlauchförmige Gebilde aus Kunststoffen derart berührungslos zu messen, dass im Innern des Kunststoffschlauches eine Ionisationskam- mer und ausserhalb ein oder mehrere Strahler angeordnet sind.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur be rbhrungslosen Messung des Durchmessers befindet sich das zu messende strangförmige Gebilde zwischen einer radio, alçtiven Strahlenqúelle und einem Radiodetektor.
Durch Anwendung eines Diaphragmas ist gewährleistet, dass das zu messende strangförmige Gebilde nur von einem nahezu parallelen radioaktiven Strahlenbündel getroffen wird.
Die bekannten Verfahren weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Die mechanische Abtastung hat den Nachteil, dass die Messung nicht berührungslos erfolgt.
Bei strangförmigen Gebilden aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere bei Kabeln und isolierten Leitern, können Verformungen und Beschädigungen an der Oberfläche auftreten. Da die Messung des thermoplastischen Materials in der Regel erst nach der Verfestigung erfolgen kann, entstehen grosse Totzeiten zwischen der Anzeige von Durchmesserschwarkungen und der Einleitung des Regelvorganges. Dadurch ist für eine gewisse Fertigungszeit die Masshaltigkeit des Prüflings nicht gewährleistet. Darüber hinaus treten bei der Durchmesserkontrolle isolierter verseilter Leiter aufgrund des unvermeidlichen Verseildralls erhebliche Schwankungen der Messwertanzeige auf.
Die bekannten optischen Messverfahren zur Durchmesserkontrolle von strangförmigen Gebilden haben sich in der Praxis nicht bewährt, da bereits der in der Messtrecke unvermeidliche Staub sowie Öldämpfe und dergleichen zu einer nicht kontrollierbaren Verfälschung des Messergebnisses führen. Bei der Abbildung des Prüflings mittels Röntgenstrahlung auf einem Leuchtschirm zur Durchmesserkontrolle können Lageänderungen des Prüflings an der Messtrecke eine Durchmesseränderung vortäuschen. Die Anwendung von Röntgengeräten für derartige Zwecke erfordert ausserdem hohe Aufwendungen für die Anschaffung und Wartung der Geräte.
Die Anwendung des Verfahrens, bei dem sich im Innern des zu messenden Prüflings eine Ionisationskammer befindet und aussen Strahler angeordnet sind, ist auf die Messung der Wanddicke von schlauchförmigen Gebilden und Rohren beschränkt. Zur kontinuierlichen Messung des Durchmessers von Kabeln und isolierten Leitern ist dieses Verfahren nicht anwendbar.
Bei der Anwendung von parallelen StrahIenbün deln einer radioaktiven Strahlenquelle verursachen Lageänderungen des Prüflings eine Änderung des Messwertes, so dass sich eine eindeutige Aussage über den tatsächlichen Durchmesser des zu messenden strangförmigen Gebildes nicht machen lässt.
Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur kontinuierlichen, berührungslosen und zerstörungsfreien Durchmesserkontrolle von strangförmigen Gebilden zu schaffen, wodurch eine bessere Überwachung der Masshaltigkeit des Messgutes bei geringerer Störanfälligkeit gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu entwickien, die von der geometrischen Lage des Prüflings unabhängige, berührungslose und zerstörungsfreie Durchmesserkontrolle von strangförmigen Gebilden ermöglicht.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass vom strangförmigen Gebilde fortlaufend ein scheibenförmiger Abschnitt ringsum durch ein radioaktives Präparat bestrahlt und die Intensität der vom radioaktiven Präparat ausgesandten, auf den jeweiligen Abschnitt des strangförmigen Gebildes gerichteten und durch diesen geschwächten radioaktiven Strahlung gemessen wird, wobei die gemessene Strahlungsintensität ein Mass für den im bestrahlten Abschnitt vorhandenen Durchmesser des strangförmigen Gebildes darstellt.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine das strangförmige Gebilde umschliessende ringförmige Ionisationskammer mit einem einen Aufnahmeraum für das strangförmige Gebilde begrenzenden Strahleneintrittsfenster, durch ein ausserhalb der Ionisationskammer angeordnetes, das Strahleneintrittsfenster bestrahlendes radioaktives Präparat und durch Mittel zum Messen des Ionisationsstromes in der Ionisationskammer.
Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachste hend näher erläutert. In n den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 die perspektivische Ansicht einer Prinzipdarstellung einer ringförmigen Ionisationskammer,
Fig. 2 die Einrichtung zur kontinuierlichen, berührungslosen und zerstörungsfreien Durchmesserkontrolle mit einem Prüfling im Schnitt,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur kontinuierlichen, berührungslosen und zerstörungsfreien Durchmesserkontrolle senkrecht zur Längsachse des strangförmigen Gebildes, Fig. 4 eine Schnittdarstellung senkrecht zur Längsachse eines Prüflings einer Einrichtung zur kontinuierlichen, berührungslosen und zerstörungsfreien Durchmesserkontrolle mit einem umlaufenden flächenhaften radioaktiven Präparat, Fig.
5 ein Blockschaltbild zur selbsttätigen Regelung von Durchmessern strangförmiger Gebilde.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einrichtung zur kontinuierlichen, berührungslosen und zerstörungsfreien Durchmesserkontrolle von strangförmigen Gebilden 1 besteht aus einer ringförmigen Ionisationskammer 2 in der sich ringförmige Elektroden 3 in einem ionisationsfähigem Medium befinden. Das Kammergehäuse der ringförmigen Ionisationskammer 2 besteht aus einem beliebigen festen Werkstoff. Wie die Schaltung der Fig. 5 zeigt, sind ringförmige Elektroden 3 über elektrische Anschlüsse 4 mit einer Spannungsquelle 5 und einer geeigneten Stromanzeigeeinrichtung 6 verbunden. An der dem strangförmigen Gebilde 1 zugewandten Seite (Fig. 2) besitzt die ringförmige Ionisationskammer 2 ein Strahleneintrittsfenster 7. Für das Strahleneintrittsfenster 7, das ebenfalls ringförmig ausgeführt ist, wird eine Aluminiumfolie verwendet.
Das ringförmige radio aktive Präparat 8 ist zweckmässigerweise durch eine Halterung auf der dem strangförmigen Gebilde 1 zugewandten Seite des Strah leneintriftsfenster 7 befestigt. Die Befestigung des ringförmigen radioaktiven Präparates 8 kann z. B. durch Halteringe erfolgen. Es ist vorteilhaft, wenn der Abstand des ringförmigen radioaktiven Präparates 8 von den seitlichen Begrenzungsebenen der ringförmigen Ionisationskammer 2 gleich ist, d. h., dass das ringförmige radioaktive Präparat 8 in der Mitte des Strahleneintrittsfensters 7 angeordnet ist. Dies ermöglicht eine optimale Ausnutzung der Strahlungsintensität, was im Hinblick auf den Einsatz von geringen Aktivitäten und für den Strahlenschutz von Bedeutung ist.
Es ist jedoch auch möglich, das ringförmige radioaktive Präparat 8 seitlich im Aufnahmeraum für das strangförmige Gebilde 1 oder ausserhalb von diesem anzuorden.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten anderen Ausführungsbeispiel ist anstelle des ringförmigen radioaktiven Präparates 8 ein flächenförmiges radioaktives Präparat 9 verwendet, das auf einer Halterung befestigt, um die Längsachse des zu messenden strangförmigen Gebildes 1 rotiert. Gleichzeitig mit dem flächenförmigen radioaktiven Präparat 9 läuft eine Blende 10 so mit dem flächenfömigen radioaktiven Präparat 9 um, dass die Öffnung der Blende 10 dem flächenförmigen radioaktiven Präparat 9 genau gegenüberliegt. Die Blende 10 deckt das Strahleneintrittsfenster 7 teilsweise ab. Auf diese Weise erhöht sich die relative Änderung des Ionisationsstromes und damit die Messempfindlichkeit bei einer vorgegebenen relativen Durchmesseränderung des strangförmigen Gebildes 1 gegenüber dem Fall ohne Blende 10.
Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn anstelle des flächenförmigen radioaktiven Präparates 9 ein punktfömiges radioaktives Präparat Anwendung findet.
Die vom ringförmigen radioaktiven Präparat 8 oder dem flächenförmigen radioaktiven Präparat 9 in das empfindliche Volumen der ringförmigen Ionisationskammer 2 eintretende Strahlungsintensität erzeugt infolge ihrer Ionisationswfrkung freie Ladungsträger, die auf den ringförmigen Elektroden 3 gesammelt werden.
Bei Anschluss der Spannungsquelle 5 fliesst ein Ionisationsstrom, der durch eine geeignete Stromanzeigeeinrichtung 6 nachgewiesen wird. Durch die Schattenwirkung des zu messenden strangförmigen Gebildes 1 wird die in die ringförmige Ionisationskammer 2 gelangende Strahlenintensität geschwächt, so dass die Grösse des Ionisationsstromes ein direktes Mass für den Durchmesser des strangförmigen Gebildes 1 darstellt. Durch die Symmetrie der Anordnung wird erreicht, dass der Ionisationsstrom der ringförmigen Ionisationskammer 2 nur vom Durchmesser des strangförmigen Gebildes 1, nicht aber von der speziellen Lage des strangförmigen Gebildes 1 zur ringförmigen Ionisationskammer 2 abhängt, so dass während des Fertigungsprozesses auftretende Lageänderungen ohne Einfluss auf das Messergebnis bleiben.
Wie auch aus Fig. 5 ersichtlich ist, kann das am Ausgang der Stromanzeigeeinrichtung 6 vorliegende elektrische Signal einer Regeleinrichtung 11 zugeführt werden. Diese Regeleinrichtung 11 wirkt über ein Stellglied 12 so auf die verwendete Fertigungseinrichtung 13, z. B. eine Extruderanlage, ein, dass ein vorgegebener Soll-Wert des Durchmessers des strangförmigen Gebildes 1 im Fertigungsprozess eingehalten wird.
Das vorstehend dargelegte Verfahren und die beschriebenen Einrichtungen zu seiner Durchführung besitzen den Vorteil, dass die Einrichtung in unmittelbarer Nähe der formgebenden Werkzeuge angebracht werden kann, z. B. bei der Kabelummantelung in unmittelbarer Nähe des Spritzkopfes eines Extruders.
Ohne Zeitverlust steht als Ausgangsgrösse der Nach weiseinrichtung ein elektrisches Signal zur Verfügung, das vom Durchmesser des strangförmigen Gebildes abhängig ist. Dieses Signal kann zur kontinuierlichen Überwachung und Regelung des Fertigungsprozesses benutzt werden. Die Folge davon ist eine kontinuierliche Kontrolle und Regelung der Masshaltigkeit des zu fertigenden strangförmigen Gebildes. Neben der damit verbundenen Qualitätssteigerung des Produktes ergibt sich gleichzeitig die Möglichkeit der automatischen Produktion von strangförmigen Gebilden. Durch richtige Dosierung des Materialeinsatzes ergeben sich ausserdem Materialeinsparungen, so dass die strangförmigen Gebilde, z. B. Kabel und isolierte Leitungen, rentabler als bisher hergestellt werden können.
Es ist ferner möglich, mit einem zentralen Nachweisgerät mehrere Messtellen zur Durchmesserkontrolle zu erfassen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass derart ausgebildete Einrichtungen robust, zuverlässig und wartungsfrei sind.
Process and device for continuous, non-contact and non-destructive
Diameter control of string-shaped structures
The invention relates to a method and a device for continuous, contactless and non-destructive diameter control of strand-like structures using radioactive radiation. The method and the device are preferably used to check the diameter of cables and insulated conductors, but are also suitable for measuring the outside diameter of pipes and other profiles, the material being irrelevant.
It is known to measure the thickness of strand-like structures, in particular of insulating sheaths of insulated conductors, by mechanical scanning by means of rollers. The measurement result is displayed on electrical devices. It is also possible to optically scan strand-like structures without contact and to make the measurement result visible on suitable instruments.
In another known method, an X-ray tube which is focused through a mask is used as the beam source. The string-like structure to be measured is passed without contact between the radiation source and a fluorescent screen, so that the diameter of the string-like structure is displayed directly on the fluorescent screen.
It is also known to measure tubular structures made of plastics without contact in such a way that an ionization chamber is arranged inside the plastic tube and one or more radiators are arranged outside.
In a further known method for contactless measurement of the diameter, the strand-like structure to be measured is located between a radio, active radiation source and a radio detector.
Using a diaphragm ensures that the string-like structure to be measured is only hit by an almost parallel bundle of radioactive rays.
The known methods have a number of disadvantages. Mechanical scanning has the disadvantage that the measurement does not take place without contact.
In the case of strand-like structures made of thermoplastics, especially cables and insulated conductors, deformations and damage to the surface can occur. Since the measurement of the thermoplastic material can usually only take place after the solidification, there are long dead times between the display of changes in diameter and the initiation of the control process. As a result, the dimensional accuracy of the test item is not guaranteed for a certain production time. In addition, when checking the diameter of insulated stranded conductors, considerable fluctuations in the measured value display occur due to the unavoidable twisting of the stranding.
The known optical measuring methods for checking the diameter of strand-like structures have not proven themselves in practice, since the dust, oil vapors and the like that are unavoidable in the measuring section lead to an uncontrollable falsification of the measuring result. When imaging the test specimen by means of X-rays on a fluorescent screen for diameter control, changes in the position of the test specimen on the measuring section can simulate a change in diameter. The use of x-ray devices for such purposes also requires high costs for the acquisition and maintenance of the devices.
The use of the method, in which there is an ionization chamber inside the test piece to be measured and emitters on the outside, is limited to the measurement of the wall thickness of tubular structures and pipes. This method cannot be used for continuous measurement of the diameter of cables and insulated conductors.
When using parallel bundles of rays from a radioactive radiation source, changes in the position of the test object cause a change in the measured value, so that a clear statement about the actual diameter of the strand-like structure to be measured cannot be made.
The purpose of the invention is to create a method and a device for continuous, contactless and non-destructive diameter control of strand-like structures, whereby better monitoring of the dimensional accuracy of the material to be measured is ensured with less susceptibility to failure.
The invention is based on the object of developing a method and a device which enables the diameter of strand-like structures to be controlled in a non-contact and non-destructive manner, independent of the geometric position of the test object.
According to the invention, the object is achieved in that a disk-shaped section of the strand-like structure is continuously irradiated all around by a radioactive preparation and the intensity of the radioactive radiation emitted by the radioactive preparation, directed onto the respective section of the strand-like structure and weakened by it, is measured, the measured Radiation intensity represents a measure of the diameter of the strand-like structure present in the irradiated section.
The device for carrying out the method is characterized by an annular ionization chamber surrounding the strand-like structure with a radiation entrance window delimiting a receiving space for the strand-like structure, through a radioactive preparation which is arranged outside the ionization chamber and irradiating the radiation entrance window, and by means for measuring the ionization current in the ionization chamber.
Embodiment of the invention will be explained in more detail below starting. In n the accompanying drawings show:
1 shows the perspective view of a basic illustration of an annular ionization chamber,
2 shows the device for continuous, contactless and non-destructive diameter control with a test piece in section,
3 shows a sectional illustration of a device for continuous, contactless and non-destructive diameter control perpendicular to the longitudinal axis of the strand-like structure, FIG. 4 shows a sectional illustration perpendicular to the longitudinal axis of a test piece of a device for continuous, contactless and non-destructive diameter control with a circumferential, planar radioactive preparation,
5 is a block diagram for the automatic control of diameters of strand-like structures.
The device shown in FIGS. 1 and 2 for continuous, non-contact and non-destructive diameter control of strand-like structures 1 consists of an annular ionization chamber 2 in which annular electrodes 3 are located in an ionizable medium. The chamber housing of the annular ionization chamber 2 consists of any solid material. As the circuit of FIG. 5 shows, ring-shaped electrodes 3 are connected to a voltage source 5 and a suitable current display device 6 via electrical connections 4. On the side facing the strand-like structure 1 (FIG. 2), the ring-shaped ionization chamber 2 has a radiation entrance window 7. An aluminum foil is used for the radiation entrance window 7, which is also annular.
The ring-shaped radioactive preparation 8 is expediently attached by a holder on the side of the strah leneintriftsfenster 7 facing the strand-like structure 1. The attachment of the ring-shaped radioactive preparation 8 can, for. B. done by retaining rings. It is advantageous if the distance between the ring-shaped radioactive preparation 8 and the lateral delimitation planes of the ring-shaped ionization chamber 2 is the same; This means that the ring-shaped radioactive preparation 8 is arranged in the center of the radiation entrance window 7. This enables optimal use of the radiation intensity, which is important with regard to the use of low activities and for radiation protection.
However, it is also possible to arrange the ring-shaped radioactive preparation 8 laterally in the receiving space for the strand-like structure 1 or outside of it.
In the other embodiment shown in FIG. 4, instead of the ring-shaped radioactive preparation 8, a sheet-like radioactive preparation 9 is used, which is fastened to a holder and rotates about the longitudinal axis of the strand-like structure 1 to be measured. Simultaneously with the planar radioactive preparation 9, a diaphragm 10 runs around with the planar radioactive preparation 9 in such a way that the opening of the diaphragm 10 is exactly opposite the planar radioactive preparation 9. The diaphragm 10 partially covers the radiation entrance window 7. In this way, the relative change in the ionization current and thus the measurement sensitivity increase with a predetermined relative change in diameter of the strand-like structure 1 compared to the case without a diaphragm 10.
The same effect is achieved if, instead of the sheet-like radioactive preparation 9, a point-like radioactive preparation is used.
The radiation intensity entering the sensitive volume of the ring-shaped ionization chamber 2 from the ring-shaped radioactive preparation 8 or the sheet-like radioactive preparation 9 generates free charge carriers as a result of their ionization effect, which are collected on the ring-shaped electrodes 3.
When the voltage source 5 is connected, an ionization current flows which is detected by a suitable current display device 6. The radiation intensity reaching the ring-shaped ionization chamber 2 is weakened by the shadow effect of the string-like structure 1 to be measured, so that the size of the ionization current is a direct measure of the diameter of the string-like structure 1. The symmetry of the arrangement ensures that the ionization current of the annular ionization chamber 2 only depends on the diameter of the strand-like structure 1, but not on the special position of the strand-like structure 1 relative to the annular ionization chamber 2, so that changes in position occurring during the manufacturing process have no effect on the Measurement result remain.
As can also be seen from FIG. 5, the electrical signal present at the output of the current display device 6 can be fed to a control device 11. This control device 11 acts via an actuator 12 on the manufacturing device 13 used, for. B. an extruder, that a predetermined target value of the diameter of the strand-like structure 1 is maintained in the manufacturing process.
The method set out above and the facilities described for carrying it out have the advantage that the facility can be attached in the immediate vicinity of the shaping tools, e.g. B. in the cable sheathing in the immediate vicinity of the die head of an extruder.
Without any loss of time, an electrical signal is available as the output variable of the detection device, which is dependent on the diameter of the strand-like structure. This signal can be used for continuous monitoring and control of the manufacturing process. The consequence of this is a continuous control and regulation of the dimensional accuracy of the strand-like structure to be manufactured. In addition to the associated increase in product quality, there is also the possibility of automatic production of strand-like structures. Correct dosing of the material used also results in material savings, so that the strand-like structures, e.g. B. cables and insulated lines can be produced more profitably than before.
It is also possible to use a central detection device to record several measuring points for diameter control.
Another advantage is that devices designed in this way are robust, reliable and maintenance-free.