CN104819688B - 高速磁振荡装置 - Google Patents

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Abstract

一种高速振荡系统，用于非接触光学扫描在线性生产过程中运动的细长产品，以确定其尺寸属性和表面外形完整性。该系统被设计成增加扫描频率并且由此能够测量产品的直径或者尺寸，以及其表面完整性，并且能够以在当前市场上的系统不能实现的方式挑出产品结构中的缺陷。

Description

高速磁振荡装置
技术领域
本发明涉及高速振荡系统，用于在线性生产过程中运动的细长产品的非接触光学扫描，以确定其尺寸属性和表面外形完整性。
背景技术
优选地通过非接触方法来测量在连续的线性加工中制造的工业品，例如丝线、缆线、管、绳以及类似的细长产品，以确定产品的总的尺寸以及外形的表面完整性。
这些测量通常发生在产品正在各种加工中被制造时，包括：在塑料缆线、管等的情况下的挤压，或者在丝线、金属管等的情况下的拉丝机加工。在制造点处测量是有必要的，首先用于确保符合规格要求，其次用于检查完工产品的表面完整性。
用于线性制造的细长产品的主要测量是所述产品的直径或者尺寸，并且优选地由光学非接触装置进行。以类似的方式由光学装置完成所述产品的质量控制或者表面完整性，由此要审查所述产品的外形以确保所述产品的表面不存在损伤或者缺陷，例如峰谷等。在设想本发明时存在的现有技术中，存在两种可选的光学系统，一种用于所述产品的尺寸测量，另一种系统用于检查所述产品的表面完整性。这些已有技术的系统在本文的后面会进行说明。
发明内容
本发明的目的是，通过利用增加光学尺寸测量装置的扫描频率的设备和方法，消除已有技术的问题和缺陷，所述设备和方法能够在产品的制造过程期间测量运动产品的直径或者尺寸，同时检查产品的表面完整性。
一种用于正在连续线性加工中被制造的产品的高频扫描的设备，包括：两个高频发生器，用于提供等幅但反相的输出频率；具有反射面的磁薄片，安装用于在扭转轴上振荡；光源，用于使得光射线从所述光源投射到所述薄片上；一对感应线圈，可操作地与所述发生器关联，由此在所述发生器的影响下产生相对极性的电磁力，以振荡所述薄片，引导连续帘状平行射线沿着产品行进的线性路径横过所述产品，用于在所述发生器的所述频率下扫描所述产品；检测器装置，用于在所述产品的另一侧上接收所述平行光射线在所述产品由此通过之后的所述最终形式；和分析装置，用于分析所述最终光射线的所述形式并且适于提供所述产品的尺寸测量值和表面完整性。
附图说明
参照附图现在将说明本发明，其中：
图1以透视图示出了本发明的一个优选实施例的主要元件。
图2和图3示出了图1的侧视图，说明了本发明的操作原理。
图4.1和图4.2具体地示出了本发明的操作原理。
图5示出了本发明用于在挤压产品中测量尺寸以及表面不完整性。
图6示出了已有技术的装置。
图7示出了在挤压加工中形成的具有表面缺陷的电缆的一部分。
图8.1和图8.2分别示出了由帘状射线扫描的产品的截面图和在扫描产品之后的射线的光谱分析的图形显示。
图9示出了用于在行进的产品上进行尺寸和表面完整性测量的完整的系统。
图10示出了用于显示产品扫描得到的直径、表面缺陷和统计学结果的数据登录台。
图11示出了关于产品的扫描是单面外形系统的测量系统的侧视图。
图12是图11示出的系统的替代形式，但是能够围绕产品振荡运动，和；
图13示出了显示在图10示出的数据登录台上的由测量系统检测的各种不完整性。
具体实施方式
图1-7示出的本发明的优选实施例。
在下面的说明中，引用了图1-7，当使用设备的相同的项目时，它们以相同的参考数字被提及。
注意：每分的米数＝米/分
每秒的米数＝米/秒
每秒的毫米数＝毫米/秒
每秒的圈数＝圈/秒
每秒的扫描次数＝扫描/秒
参照图1，其示出了高频振荡系统，包括：由扭转轴2支撑以加(+)和减(-)方式被磁化的薄片1，优选的两个高频发生器3和4。发生器3、4链中的每个链接到R，R被连接到感应线圈5、6，感应线圈5、6分别产生EMF(电磁力)7，该EMF使得磁薄片1卷入，由此线圈5被引导到薄片1的正半部，线圈6被引导到薄片1的负半部。
发生器3和4以这样的方式通过连接8被同步：使得发生器3、4的输出频率是相同的，但是反相的(参见图2)。
图2示出了图1的侧视图，其中，线圈5和6紧邻薄片1的每个半部，为了使得线圈5作用在薄片1的正半部，线圈6作用在薄片1的负半部。
线圈5的EMF7具有如图2所示的波形9，其是驱动薄片1的振荡的主要力，而线圈6的EMF7具有波形10，其为薄片1的振荡提供了相对的控制力(负反馈)。波形10的作用首先保证了薄片1振荡的稳定性，其次控制了薄片1的角摆动运动11(A+B)。
如之前提到的，波形9和10被同步到同一频率12，但是，波形9的振幅13大于波形10的振幅14。
薄片1的振荡如下发生：当波形9处于其循环的负(阴影)半部时，它吸附薄片1的正侧，从(点线)示出的中部位置通过角度11A，而当波形10处于其循环的正(阴影)半部时，也吸附薄片1的负侧，因而根据需要提供了所需相对控制。
图3示出了薄片1的位置，当波形9处于其循环的正(阴影)半部时，由此它使得薄片1的正半部被排斥通过角度11B，当波形10处于其负(阴影)半部时，也排斥薄片1的负半部，再次根据需要提供了所需控制。扭转轴2给薄片1的运动施加了波形9必须克服的相对的阻力，以产生所需的摆动运动。
图4.1示出了薄片1在其轴2上的磁薄片振荡的总的角摆动的角度，其为11(A+B)。
当系统处于不操作状态时，扭转轴2使得薄片1返回到静止位置15。
图4.2示出了在操作中的发生器3/4，由此线圈5/6在薄片1上的作用会使得薄片1在其轴3上与发生器3、4同一频率12如16所示“来回”振荡通过角度摆动11(A+B)。
因为薄片1以“来回”运动的方式振荡，所以这等同于频率12的每一次单循环2次扫描。这是非常有益的益处，因为它使得发生器3/4的频率加倍。可使用该原理实现的振荡频率12高达20,000圈/秒，其等同于薄片1的40,000扫描/秒，因而在用于产品的尺寸测量以及它们的表面完整性的工业应用上具有显著的益处。
图5示出了在工业应用中的本发明的系统，其中在此是电缆、电线、塑料管、软管等的产品在其制造过程中(未示出)在线性行进路径17中正在前进，该系统包括：具有反射面的磁薄片1，其由扭转轴2支撑在支架18.1中；在壳体18.2中具有关联的感应线圈5、6(未示出)的两个高频发生器3、4(未示出)。
来自例如为激光LED(发光二极管)的光源20的光的射线19被引导到薄片1的反射面上，并且通过振荡薄片1的作用，产生了一连串的连续射线21。
射线21被引导到透镜22上，该透镜22使得射线21转换成片状或者帘状的平行扫描射线23，该平行的扫描射线在产品的行进路径17上从产品的一侧横过产品P。
定位在产品P的另一侧上的透镜24接收从此穿过之后的射线23并且使得射线23聚焦到单元25上，单元25分析该聚焦的射线23，以提供产品16的尺寸以及表面完整性属性。
为了更加具体地说明本发明的优势，参照图6和图7，其中本发明会与已知的已有技术形成对比。
图6示出了已有技术的系统，包括从光源S间歇发出光射线的马达M驱动的多面已知的多面反射扫描系统G。
对于本领域的技术人员显而易见的是，该系统的扫描频率受到马达M的旋转速度和从光源S接收光束的反射多面体G上的面的数量的限制。实际上，使用该原理的系统能实现高达800扫描/秒。
通过已有技术的操作示例，图7示出了要被扫描的电缆外形的一部分，其中金属导体26用塑料材料27绝缘。在制造过程中可能发生的通常的表面缺陷是峰28、谷29和秃块30，其中的任何一种可能长度为2-3mm。让我们假定该缆线以1,200米/分，或者20,000毫米/秒的生产速度被制造，那么使用图6的800扫描系统两次连续扫描之间的距离会是20,000/800＝25毫米。因此，说明的已有技术系统不可能检测到任何一种所述的表面缺陷。
在另一已知的已有技术中，存在用于检查表面完整性的另一非扫描光学系统，其通过响应在光强度上的变化根据阴影图原理操作，由此检测表面不完整性。该系统会检测图7中示出的峰、谷和秃块，并且提供大量峰、谷和秃块的数量，但是不提供任何其它的信息。
通过与所述的已有技术进行比较，在如图4.2中示出的本发明的系统中，能够以40,000扫描/秒的扫描频率进行操作。因此，考虑到以1,200米/分或者20,000毫米/秒的速度运行的生产线的图5的示例，在两次连续的扫描之间的距离会是20,000/40,000毫米，这意味着每0.5毫米的产品长度2次扫描。
从该示例中显然可知，本发明在应用到以高的制造速度行进的产品上的优势是两方面：首先，它提供了产品外形的紧密覆盖，这是因为它精确地测量了产品的直径或者尺寸，其次，它紧密地符合产品的表面外形的轮廓，由此定位了任何缺陷，例如峰谷等，测量了所述缺陷的尺寸，并且单独地详细说明了沿着所述产品的长度产生的每种缺陷的数量。
现在将更加具体地说明本发明的操作。
图8.1示出了产品P的侧视图，其被帘状或者片状的射线23扫描，参照图5，所述射线在由此通过之后的最终形式被透镜24聚焦到容纳在单元25中的光敏传感器上。在单元25中的所述光敏传感器进行所述最终射线的光谱分析，并且产生波形，如在图8.2中以图形显示所示，该波形精确地沿着所述扫描的射线随着它们行进横过所述产品P的路径。在图8.2中的X轴表示所述射线的光强度(i)，Y轴表示所述射线横过透镜24的孔的传输时间(t1)。通过时间间隔(t2)的时间相关分析，如在图8.2所示，得出所述产品P的尺寸和表面不完整性。图9示出了用于在处于行进路径17中的电缆P上进行尺寸和表面完整性测量的完整的系统，包括容纳项目18.1、18.2、20的单元26和容纳项目24和25的单元27。
单元27优选地能通过无线通信(例如“蓝牙”等)输出所有的所述测量信息到图10的显示和数据登录台上。图11示出了本发明的侧视图，到此为止，我们已经考虑为“单面”外形系统。
但是，对于熟悉本领域的人而言显然的是，图11中示出的有些的表面不完整性28会被漏掉，因为它们在外形的“隐蔽”侧。为此目的，使用“两面”外形系统29(点线示出)，以克服该问题。在高质量产品需求中，推荐“三面”外形系统(未示出)。作为用于克服表面不完整性的全面检测的更加有成本效益的解决方案，可以使用图12的“单面”系统，其中它围绕行进的缆线产品P的中心以“来回”运动30的方式振荡，或者可选地，围绕所述产品P以连续运动31的方式旋转。
为了进一步增强本发明的应用的有用性，可以使用专用激光多普勒非接触速度/长度测量仪32，例如图9所示的质子SL3060，以通过所述无线传输将精确的长度信息提供给图10的所述数据登录台。图13示出了电缆P，其中使用单元27的尺寸和表面测量值以及来自所述质子测量仪32的长度信息，能得到下列结果：(a)产品直径，即时/平均，(b)峰大小/长度，(c)谷大小/长度，(d)秃块长度，(e)连续的峰之间的距离，(f)连续的谷之间的距离，(g)秃块之间的距离，以及，峰的数量/单元长度，谷的数量/单元长度，和峰和谷的总数量。所述尺寸测量值和表面完整性结果，与缆线产品P的连续更新图像一同显示在图10的数据登录台的屏幕上。在所述屏幕上可获得“定格画面”功能，以在制造期间周期性地检查所述产品的进程。
当检测到秃块时，生产停止，缆线主干必须被扔弃。但是，如果秃块在缆线主干的端部附近被检测到，那么能够利用缆线的一部分。本发明的其它优势是制造商可使用可获取的测量值和表面完整性信息用于统计以及诊断的目的，其中特定缺陷的频率和位置能辅助找到生产线的哪一部分是所述重复缺陷的原因。如在本说明书中所述，使得尺寸和表面完整性信息的数据登录的功能使得制造商能够给正制造的特定产品设置公差极限，由此某一定量的小尺寸表面不完整性和/或直径变化对于所需应用和该产品的用途是可接受的。

Claims (7)

1.一种用于高频扫描在连续线性加工中正被制造的产品的设备，包括：
两个高频发生器，用于提供等幅但反相的输出频率；
具有反射面的磁薄片，其被安装成用于在扭转轴上振荡；
光源，用于使得光射线从所述光源投射到所述磁薄片上；
一对感应线圈，可操作地与所述高频发生器关联，由此在所述高频发生器的影响下产生相反极性的电磁力，以振荡所述磁薄片并且引导连续帘状平行射线在产品行进的线性路径中横过所述产品，用于在所述高频发生器的所述输出频率下扫描所述产品；
检测器装置，用于在所述产品的另一侧上接收光的所述平行射线在所述产品由此通过之后的最终形式；和
分析装置，用于分析最终获得的光射线的所述最终形式并且适于提供所述产品的尺寸测量值和表面完整性。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，具有关联的感应线圈的所述高频发生器产生电磁力，其被引导到具有反射面的所述磁薄片上，其中，所述电磁力在所述磁薄片上的作用使得所述磁薄片以所述高频发生器的同一频率围绕其扭转轴振荡。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述高频发生器和关联的感应线圈之中一个提供了主要电驱动力，以引起所述磁薄片的振荡。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述两个高频发生器和关联的感应线圈之中的另一个给所述主要电驱动力提供相对的电磁力，以稳定所述磁薄片的所述振荡并且控制所述磁薄片的摇摆运动的角度范围。
5.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述光源由激光器或者发光二极管提供，其使得射线被引导到振荡的所述磁薄片的所述反射面上，由此产生一连串的连续射线，第一透镜用于接收所述连续射线，以产生用于扫描的帘状平行射线，其从产品的一侧横过所述产品，第二透镜用于使得所述射线在其被运动的产品系统拦截后聚焦，用于由所述分析装置分析，以确定所述产品的所述尺寸测量值和表面完整性。
6.一种设备，用于高频扫描在连续的线性加工中正被制造的运动产品，以确定其尺寸比例和结构完整性，包括：
具有两个关联的感应线圈的两个高频发生器；
具有反射面的磁薄片，其悬置在扭转轴上，以允许其振荡运动；
产生光射线的光源，所述光射线被引导到所述磁薄片上；
用于在从所述感应线圈应用到其上的相反极性的电磁力的影响下使得所述磁薄片振荡的装置，以提供连续帘状平行的光射线，所述产品在在行进路径中通过所述光射线；
用于接收所述帘状平行的光射线的最终形式的装置，所述最终形式为在所述光射线的形式由于所述产品的由此通过所导致的改变之后的形式；
用于分析所述最终形式的装置，以定位并且检测在所述产品的外形轮廓中的表面缺陷；和
用于测量并且单独地详细说明所述缺陷的装置，以保证所述产品对于其后续应用的适宜性。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述表面缺陷为峰、谷和/或秃块。
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