CN1114420A - 用于检测树脂中异物的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用图像处理法检测树脂中异物的方法和装置,该树脂流过用于压出塑料以形成塑料包覆的动力电缆的挤出机机头中的通道。一个透明玻璃窗安置在具有有限截面的树脂通道的喉部,该喉部在压出机机头中位于推进器前端的破碎器肘板和机头主体之间,机头主体中固定有一个冲模和一个乳状接头。在玻璃窗口的外面安置一个光源和一台摄像机,以便检测流过喉部的树脂中的任何微小异物。
Description
本发明涉及一种用于检测正在穿过挤出机头的通道流动着的、在熔融态透明的树脂(例如用做诸如交联聚乙烯动力电缆的塑料动力电缆包皮的塑料材料)中的异物的方法和装置。
即使最细小的直径几十毫米的异物如果它们存在于电缆的绝缘层中,也会对如500kv型的交联聚乙烯动力的电缆一类的超高压塑料绝缘的动力电缆的介电强度产生非常严重的不利影响。因此,有必要完全消除这些潜在的有害异物。
为此目的,有必要在原料树脂还是片状时就检测它们中是否有异物存在。但是更希望在树脂流过压出机机头的这个最后步骤中检查它们中是否有异物存在。
但是在制造500kv型的超高压交联聚乙烯动力电缆时还没有人试图在原料树脂正在流动穿过压出机机头时就检测它们中是否有异物存在。
本发明提供了一种在压出的最后步骤中用于目测或通过图像处理法检测穿过压出机机头的通道中的异物的方法和装置。本发明的特征在于在挤出机机头的喉部设置一个透明窗,该喉部被设置在安装于螺旋推进器的前端的破碎器肘板(breaker plate)和包括一个冲模和一个乳状接头并带有具有一有限截面的树脂通道的挤压机机头头体之间,一个光源和一个摄相机被设置在透明窗的外面,结果,可以通过肉眼或通过图像处理检测流过所述喉部的树脂中的异物。
本发明的其它特征和目的通过以下参考附图所做的描述将变得十分清楚,其中:
图1是根据本发明配有用于检测树脂中异物的检测装置的压出机机头的喉部的垂直剖视图;
图2是沿包括配置在图1的喉部中的透明玻璃窗的一个平面所取的剖视图;
图3是与图2类似的、另一实施例的剖视图;
图4是又一实施例的剖面图;
图5A和图5B是说明用于图像处理法的两个照明布置的图;
图6是支撑透明玻璃窗的框架的透视图;
图7是透明玻璃窗的透视图;
图8是解释当密封片被固定在透明玻璃窗的两边时所遇问题的图;
图9是带有熔到其两边的树脂材料透明玻璃窗的视图;
图10是与图2对应的喉部的剖视图,此图在透射照明布置中用于图像处理法;以及
图11是一个普通塑料压出机的机头的垂直剖视图。
在图11中,数字1指的是其上固定有压出机机头2压出机主体的那一端。
填进压出机套筒3中的原料树脂被套筒3里的推进器4捏和成熔融状态。然后熔融树脂流过筛孔6和破碎器肘板5进入压出机机头2中的通道a、b和c,并被挤压穿过由冲模10和管嘴11所限定的出口管到导管A,导管A将该树脂包住。
在压出机机头2的通道中,通道C形状复杂,由一个圆筒形部分和一个圆锥形部分组成。因此,当树脂流过通道C时要检测其中的异物是相当困难的。同样,当树脂流过通道a时要检测其中的异物也是困难的,因为通道a是锥形的。
与之相反,通道b在位于推进器4末端附近的破碎器肘板5和机头主体9之间的喉部8中形成,而且通道b狭窄,截面积小,并且形状也简单。因此,通道b是检测树脂中异物的理想位置。
根据本发明,透明玻璃窗就配置在这个理想的位置上,即配置在压出机机头2的喉部8中,以便通过图像处理法检测树脂中的异物。
图1是压出机机头的喉部的垂直剖视图,该压出机机头配有一个用于检测树脂中异物的检测器。图2是沿配置在图1的喉部中的透明玻璃窗的平面的截面图。
在附图中,数字21表示配置在压出机机头2的喉部8中的透明玻璃窗。窗21具有一个截面形状与通道b形状相同的通道。框架22用作将透明玻璃窗21固定到喉部主体20上的压紧器。利用安装带23将透明玻璃窗21固定到喉部主体20上。框架22还具有这样的功能:支撑窗21,即使在窗内部树脂的压力增加,也能使作用在窗上的拉伸应力低于预定值。框架22被加工得带有宽度为f的长方形狭缝。配置在玻璃窗21外面的摄象机24可通过这个长方形狭缝给流过玻璃窗中通道b的树脂摄像。
在框架22中形成的长方形狭缝的宽度f与摄像机24的视野宽度相同。玻璃窗21沿树脂流向的宽度w是这样:使狭缝两边的边缘部分的宽度g为几毫米。框架22在其边缘部分g受压紧贴玻璃窗。
视野的宽度f和透明玻璃窗的宽度w两者最好都要尽可能地大,以便拍摄通道b。但是由于玻璃是一种不良的导热体,所以玻璃窗的宽度应该尽可能的小,以便使温度保持在一个足够高的水平上,结果使树脂易于压出。为了满足这两方面的这些要求,将边缘部分的宽度g的最小值限定到几毫米。在边缘部分g,框架22支撑着透明玻璃窗21,即使树脂的压力作用到窗21上,窗21也绝不会受到比允许值高的拉伸应力。为了使框架22完成这种支撑功能,它的厚度和抗挠刚度就得足够高。
有两种类型的图像处理布局。一种是公知的反射照明布局,其中光源和摄像机安排在物体的同一侧(如图5A所示)。另一种是透射照明布局,其中光源和摄像机安排在物体的两侧(如图5B所示)。
在前一布局中,异物在暗色背景的映衬下呈白色斑点。在后者中,异物在亮色背景的映衬下呈黑色斑点。图1和图2表示了前一布局。
为了检测流过此通道的异物,必须对通道进行照射。在图1的实施例中,从光导纤维26发射的细长狭缝光柱27穿过狭窄的边缘部分g直射进通道b,以便均匀地照射通道b。
这样,框架22不仅具有支撑玻璃窗的作用,它还构成了光源的一部分,用于从视野f的两边引导狭缝光柱27进入通道b。
当压出树脂在直径大的电缆上形成绝缘层时,通道b通常是扁平状,它的扁平的两侧沿电缆的径向延伸(图2)。借助于这种布局,树脂就能平滑并均匀地被压出并包覆到电缆的外周,结果电缆的圆度得到改善。
当用摄像机拍摄这种扁平通道时,应该将摄像机安置到面对通道的一个平坦边的位置上,因为利用这种布局,就有可能比用其他布局将摄像机的焦点深度设置得更小,这样由于分辨率高就能甚至能检测到极小的异物。根据本发明,将摄像机安置在扁平通道的一个平坦边缘的对面,从这个平坦边缘来拍摄通道。
为了高分辨率地从一个平坦表面拍摄,需要多个摄像机24。在图2的实施例中,就用到三个摄像机24。
图6是只示出框架22的透视图。通过光导纤维26引导的光以狭缝光束27的形式照在视野宽度f的两侧。光源作为一个小型单元安置在压出机机头附近并与光导纤维26的末端相连,从而远离框架22。
图7是只表示透明玻璃窗21的透视图。窗21具有邻近喉部(图1)主体20的相对的两侧面i和g。最好从玻璃窗21的两侧夹住它来使其密封。否则树脂在高压下(每平方厘米几十至一百几十千克的压力下)就会泄漏。
为了防止树脂泄漏,形成锥形通道a的滑件25设置得与喉部主体20分离开,以便使滑件可以在d和e部分的喉部主体20上滑动。
如果树脂压力作用在玻璃窗的内表面面上,由于作用在平滑椭圆横截面的长边的树脂压力而产生的弯曲力矩趋于集中在扁平椭圆横截面的短边的中心上,使得这些部分的拉伸应力增大。这样玻璃窗在这些部分就有可能破裂。
图3示出了一种防止玻璃窗破裂的措施。在这种布局中,为了减小弯曲力矩和由此而在短边中心达到最大值的拉伸力,沿包括椭圆横截面短边中心的平面29将玻璃窗一分为二。而且,用框架22挤压玻璃窗如此被分开的那两部分,以便将压应力施加到整个玻璃窗上。
表1显示了对具有一个整体结构的玻璃窗和由对剖的两部分组成的玻璃窗进行压力实验的结果。作用在压出机机头上的树脂压力高达200-300kg/cm2。具有分开结构的玻璃窗能够承受这样的一种高压。
对于这种对剖结构来说,材料并不限于玻璃—玻璃结构,也可以是玻璃和金属或玻璃和陶瓷的组合(如图4所示)。如果部分是由金属制成的,则可与机头主体合为一体。
按照这种布局,能够将透明玻璃窗21紧紧的夹持在压出机(如图11所示)的喉部20,因为:1)通过紧固夹持器7将压出机主体1与压出机机头2连接起来(如图11所示),而使滑件25沿n方向(图1)移动直到它被紧紧地压在玻璃窗21上;以及2)当推进器4将树脂压出时,树脂压力沿n方向作用,以便滑件25紧紧地压在玻璃21上。
这样,透明玻璃窗被牢固地夹在喉部主体20中,从而防止树脂泄漏。
通过设置滑件25,实际上可防止树脂的泄漏。但是如果希望完全消除这种树脂泄漏,可将例如聚四氟乙烯树脂的密封片28夹在透明玻璃窗21的两侧(如图8所示)。从微观上看,玻璃窗口和配合面的平面最好都不是平滑的而是有一些凸出和凹陷。这些凸出和凹陷可防止任何少量树脂的通过。
然而,如果使用密封片28则可导致严重的质量故障,除非特别当心。换句话讲,密封片28的端部必须与通道b的内表面平齐。如果密封片28的端部从通道b的内表面缩回(如图8中左边的密封片),则树脂将被陷在这个小的凹处,产生树脂浮垢。反之,如果其端部在通道b内凸出(如图8中右边的密封片),则凸出部分可被流动的树脂撕掉并作为多余的异物混进树脂流体中。
根据本发明,通过将树脂材料t熔融附着到将要与喉部主体20接触的玻璃窗21的两侧,形成了密封片28(图9)。换句话讲,所述密封片与玻璃窗21形成整体,结果,它们的端部准确地与通道b的内表面保持平齐。
在图1和图2所示的反射照明布局中,异物在暗色背景的映衬下以明亮的白色斑点形式被检测到。这样,如果背景是白色的,就不可能将白点的图像数字化。因此,我们不得不将与玻璃窗21接触、当从摄像机24的角度来观察通道时用作背景的喉部主体的平面p(图2)弄暗。
当通过压出交联聚乙烯形成高压电缆时,重要的是要控制树脂温度以便确保电缆的高质量。玻璃与金属相比是较差的热导体。因此,使用玻璃可能较难控制温度。
根据本发明,如图1和2所示,在喉部8中在通道b周围设置一个油套m、在透明玻璃窗周围设置一油套q以及在滑件25中设置一油套k。使诸如硅油一类的热油在其中循环。用这种布局,就可控制树脂温度,使得即使在压出机机头的喉部设置玻璃窗,也能通过压出树脂形成高压电缆。
至此我们主要参考图1和图2对本发明进行了描述,这些描述示出了反射照明布局的实施例。但是本发明的构思同样也可应用于透射照明布局。
图10是用于透射照明布局时喉部的剖视图。在此图中,与图2中相同的数字表示同一部件。按照这种布局,奶白色的扩散板置于光源30和可透明玻璃窗21之间以便产生一个均匀的白色背景,异物在这个白色背景的映衬下作为黑点被清晰地检测到。
在这种透射照明布局中,大的光通路32必须设置在摄像机24对面的喉部8中。此光通路不仅削弱了喉部8的强度而且不可能设置围绕透明玻璃窗21的油套。因此,反射照明布局更为理想。
根据本发明,在用于压出诸如交联聚乙烯一类树脂形成超高压电缆的压出机机头的喉部无树脂泄漏的条件下控制树脂温度,同时用图像处理法检测在通道中流动的树脂冲的异物是可行的。由于喉部位于通道末端附近并且在喉部可观察通道的整个截面,因此就可能防止异物混进电缆的绝缘层中,从而使电缆绝缘层具有可承受很高的电压的绝缘强度。
这样就可在压出超高压塑料绝缘电缆的同时实时地检测异物,从而制备出非常可靠的超高压塑料绝缘动力电缆。
[表1]
树脂压力(kg/cm2) | |||
玻璃窗的结构整体型分开型 | 40无异常无异常 | 70在短边的中心处有裂缝无异常 | 300无异常 |
Claims (6)
1.一种在用于通过压出塑料材料形成塑料绝缘动力电缆的挤出机的机头处检测树脂中的异物的方法,包括以下步骤:在挤出机机头的喉部设置一个透明窗,所述喉部被设置在安装于螺旋推进器的前端的破碎器肘板和包括一个冲模和一个乳状接头并带有具有有限截面的树脂通道的挤出机机头主体之间;在透明窗的外面设置一个光源和一个摄像机;以及用肉眼或通过图像处理检测流过所述喉部的树脂中的异物。
2.如权利要求1所述的检测树脂中异物的方法,其特征在于在所述喉部形成的通道具有一个扁平截面,该截面有两个长边,从其中一个长边发射光线进行拍摄。
3.如权利要求1所述的检测树脂中异物的方法,其特征在于将压出机机头的、位于发射光线的那一边的对面并与所述玻璃窗接触的表面弄黑,以便使光线照射的任何异物在所述弄黑的表面产生的黑色背景的映衬下作为白色斑点被检测到。
4.一种在用于压出塑料材料形成塑料动力电缆的压出机的机头处检测树脂中异物的装置,设装置包括一个设置在所述挤出机机头的喉部的透明窗,所述喉部被设置在安装于螺旋推进器前端的破碎器肘板和包括一个冲模和一个乳状接头并带有具有有限截面的树脂通道的挤出机机头主体之间;一个用于照射所述通道的光源及一个用于拍摄所述通道的摄像机,所述光源和所述摄像机位于所述透明窗的外面,借此可用目测或图像处理法检测流过所述喉部的熔融树脂中的任何微小异物。
5.如权利要求4所述的检测树脂中异物的装置,其特征在于还进一步包括一个在所述推进器和所述玻璃窗之间滑行的滑件,当所述推进器压出树脂时该滑件被树脂压力牢固地压在所述玻璃窗上,借此将所述透明玻璃窗紧紧地压在压出机机头主体上以便防止树脂泄漏。
6.如权利要求4所述的检测树脂中异物的装置,其特征在于所述的透明玻璃窗的相对于树脂流动方向的宽度是由树脂流速和图像处理时间之间的关系所确定的最小宽度;在其中设置了一个与所述透明玻璃窗边缘部分重叠的框架,所述重叠部分的宽度为几个毫米;在所述框架里在所述重叠部分的宽度之内安装了一个狭缝状光导向装置,所述狭缝状光导向装置所具有的长度使得可以覆盖所述通道的整个长边。
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