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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung der Oberfläche eines elektrischen Leiters auf überstehende Litzen, insbesondere zur Prüfung auf überstehende Litzen einer Abschirmung in einem Bereich mit einem entferntem Isolationsmantel und einer gekürzten Abschirmung.
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Stand der Technik
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Zur Kontaktierung von elektrischen Leitern mit einem Bauteil muss häufig der elektrische Leiter freigelegt werden. Dazu wird der Isolationsmantel entfernt und die Abschirmung gekürzt. Die Abschirmung besteht in der Regel aus einem Drahtgeflecht, das den elektrischen Leiter umgibt. Bei der Kürzung der Abschirmung kann nicht vollständig gewährleistet werden, dass keine Litzen des Drahtgeflechts überstehen. Falls eine Litze übersteht, kann dies später im Betrieb zu einem Kurzschluss führen. Zur Erhöhung der Prozesssicherheit ist es daher notwendig, fehlerhafte Teile frühzeitig zu erkennen und auszusortieren.
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Für die Prüfung der Oberfläche von elektrischen Leitern auf Unebenheiten werden im Stand der Technik verschiedene optische Verfahren verwendet.
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Die
EP 2 541 236 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur 360° Überwachung von Leitungen. Die Oberfläche des zu prüfenden Objekts strahlt umfangseitig reflektiertes Licht in eine Reflexionsoptik ab. Die Reflexionsoptik besteht aus mehreren Reflexionselementen. Über die Reflexionselemente und über die Strahlengänge der Reflexionsoptik wird das reflektierte Licht in eine Bilderfassungseinrichtung geleitet. Durch die Reflexionsoptik ist es möglich, auch Oberflächenabschnitte in den Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung zu leiten, deren direkte Aufnahme nicht möglich wäre, beispielsweise eine der Bilderfassungseinrichtung abgewandten Seite des Objekts. Dadurch kann eine 360° Überwachung mit nur einer Bilderfassungseinrichtung erreicht werden.
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Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, bei denen mit einer Beleuchtungseinheit auf einen elektrischen Leiter eingestrahlt und das gestreute Licht von einer Empfangseinheit empfangen wird. Da die der Beleuchtungseinheit abgewandte Seite des elektrischen Leiters nicht untersucht werden kann, sind für eine 360° Prüfung des elektrischen Leiters mehrere Beleuchtungs- und Empfangseinheiten notwendig. Eine entsprechende Vorrichtung ist aus der
EP 1 879 019 B1 bekannt.
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Die beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, dass komplexe Aufbauten von Reflexionselementen oder mehrere Sensoren nötig sind, um die Oberfläche eines elektrischen Leiters zu prüfen. Weiterhin ist beiden Verfahren gemeinsam, dass sie für die kontinuierliche Überwachung von durchlaufenden Leitungen ausgelegt sind. Die Prüfung eines begrenzten Oberflächenabschnitts ist nur erschwert möglich.
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Beschreibung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung der Oberfläche eines elektrischen Leiters bereitzustellen, die bei geringem Zeit- und Kostenaufwand einen hohen Grad an Zuverlässigkeit bei der Erfassung von überstehenden Litzen bieten.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 8 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Prüfung einer Oberfläche eines elektrischen Leiters auf überstehende Litzen weist einen Sensor zum Abtasten der Oberfläche des elektrischen Leiters auf. Der Sensor besteht aus einem Sender für das Aussenden eines Signals und einen Empfänger für das Empfangen eines reflektierten Signals. Desweiteren verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine Bewegungseinrichtung, sodass während des Abtastens der Oberfläche des elektrischen Leiters eine rotatorische Relativbewegung zwischen Sensor und elektrischem Leiter ausführbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist auch eine Auswerteeinheit zum Verarbeiten des reflektierten Signals auf.
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Da die Prüfung der Oberfläche auf einen diskreten Abschnitt begrenzt ist, kann auf schnelle und einfache Weise eine Prüfung der Oberfläche des elektrischen Leiters durchgeführt werden. Bevorzugt wird die Prüfung in einem Abschnitt durchgeführt, in dem überstehende Litzen auf Grund einer vorherigen Bearbeitung der Leitung zu erwarten sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sendet der Sender (6) einen Laserstrahl aus. Ein Laserstrahl hat gegenüber Licht den Vorteil, dass er kohärent ist. Der Laser liefert daher eine stabile Lichtstärke und die Beeinflussung der Messung durch Umgebungslicht wird minimiert.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Auswerteeinheit die reflektierten Signale nach dem Prinzip der Triangulation auswertet. Die Triangulationsmethode ist eine Methode zur Entfernungsmessung. Mit der Triangulationsmethode sind Messungen von Entfernungsabweichungen im Mikrometer-Bereich möglich. Eine überstehende Litze hat typischerweise einen Durchmesser von einigen Mikrometern bis zu einem Millimeter.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist der Sensor an einem drehbar gelagerten Flansch angebracht. Der Flansch wird von der Bewegungseinrichtung angetrieben, sodass der Sensor den elektrischen Leiter umlaufen kann. Auf diese Weise ist eine einfache Abtastung der Oberfläche um 360° realisierbar. Die elektrische Leitung selbst muss nicht gedreht werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn eine Rotation des elektrischen Leiters nicht möglich ist oder zu einer Beschädigung des elektrischen Leiters führen würde. Da der Sensor in der Regel über ein Kabel mit der Auswerteeinheit verbunden ist, erfolgt die Abtastung der Oberfläche mit wechselnder Drehrichtung des Flansches, um ein übermäßiges Aufwickeln des Kabels um den elektrischen Leiter zu verhindern.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung mit einer zweiten Bewegungseinrichtung ausgestattet ist, sodass zwischen elektrischen Leiter und Sensor eine translatorische Relativbewegung entlang einer Längsachse des elektrischen Leiters ausführbar ist. Hierdurch lassen sich nacheinander verschiedene Oberflächenabschnitte im Sendebereich des Sensors platzieren. Auch eine kontinuierliche Verschiebung des zu prüfenden Oberflächenabschnitts ist möglich.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Auswerteeinheit zum Vergleich des reflektierten Signals mit einem Referenzwert eingerichtet ist. Bei einer einen Schwellwert übersteigenden Abweichung des reflektierten Signals von dem Referenzwert gibt die Auswerteinheit ein Fehlersignal aus. Die Ausgabe des Fehlersignals kann optisch oder akustisch erfolgen. Die mit der Prüfung betraute Person erhält somit deutlich wahrnehmbar einen Hinweis, dass der elektrische Leiter fehlerbehaftet ist.
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Um eine zentrierte Ausrichtung des elektrischen Leiters in der Vorrichtung zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der elektrische Leiter in einem Haltering geführt wird. Der Haltering ist derart ausgerichtet, dass der Mittelpunkt des elektrischen Leiters mit dem Mittelpunkt der Drehbewegung zusammenfällt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Abstand zwischen Sensor und elektrischem Leiter zu jedem Zeitpunkt der Abtastung gleich ist.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung Greifbacken zum Festklemmen des elektrischen Leiters auf. Dadurch kann der elektrische Leiter während des Abtastvorgangs in der Vorrichtung festgeklemmt werden. Schwankungen, die durch das Halten des elektrischen Leiters durch eine Person hervorgerufen werden, können somit ausgeschlossen werden.
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Vorteilhafterweise wird das Einschieben des elektrischen Leiters in die Vorrichtung durch einen Anschlag begrenzt. Bevorzugt ist der Anschlag derart ausgerichtet, dass der zu prüfende Abschnitt des elektrischen Leiters im Erfassungsbereich des Sensors liegt. Der elektrische Leiter muss dadurch nur bis zum Anschlag in die Vorrichtung eingeführt werden. Eine weitere Ausrichtung der Leitung ist nicht erforderlich. Der Zeitaufwand für die Prüfung eines Leiters kann somit weiter verkürzt werden.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Prüfung einer Oberfläche eines elektrischen Leiters. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:
- – Bereitstellen eines Sensors mit einem Sender, der ein Signal aussendet, und einem Empfänger, der ein reflektiertes Signal empfängt
- – Einbringen der zu prüfenden Oberfläche des elektrischen Leiters in einen Sendebereich des Sensors
- – Ausführen einer rotatorischen Relativbewegung zwischen elektrischen Leiter und Sensor und Abtasten der Oberfläche des elektrischen Leiters durch den Sensor
- – Erfassen einer überstehenden Litze durch eine das reflektierte Signal verarbeitenden Auswerteeinheit.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Erhöhung der Prozesssicherheit, da bei der Prüfung der Oberfläche eines elektrischen Leiters überstehende Litzen von der Auswerteeinheit zuverlässig erfasst werden.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das reflektierte Signal in der Auswerteeinheit mit einem Referenzwert verglichen und ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn das reflektierte Signal von dem Referenzwert um mehr als einen Schwellwert abweicht. Als Schwellwert wird ein für eine Litze charakteristischer Wert verwendet. So kann sicher gestellt werden, dass die Auswerteeinheit ein Fehlersignal nur bei vorhandenen Litzen ausgibt. Andere Verunreinigungen wie beispielsweise Staub führen nicht zu einer Erfassung. Die Auswerteeinheit kann auch vorbestimmbare Toleranzen berücksichtigen, sodass die Ausgabe des Fehlersignals nur bei Verlassen des Toleranzbereichs erfolgt. Dadurch lassen sich geringe Schwankungen, die auf einen nicht kreisrunden Leiter zurückzuführen sind, ausgleichen.
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Bevorzugt wird zwischen Sensor und elektrischen Leiter eine zusätzliche translatorische Relativbewegung entlang einer Längsachse des elektrischen Leiters ausgeführt. Dadurch kann eine Abtastung der Oberfläche nacheinander in verschiedenen Abschnitten des elektrischen Leiters durchgeführt werden. Auch eine kontinuierliche Abtastung eines flächigen Oberflächenbereichs ist denkbar. Die Prozesssicherheit wird dadurch weiter erhöht.
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Vorteilhafterweise ist das reflektierte Signal des Empfängers repräsentativ für den Abstand zwischen Oberfläche des elektrischen Leiters und dem Sensor. Eine überstehende Litze ist als Ausschlag mit verringertem Abstand in der Abstandsmesskurve erkennbar. Die Auswerteeinheit kann dadurch besonders gut für das Erfassen von Litzen eingerichtet werden. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise so eingerichtet sein, dass nur dann ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn der Ausschlag zumindest in etwa dem Durchmesser einer Litze entspricht.
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Die zu prüfende Oberfläche des elektrischen Leiters ist bevorzugt die Oberfläche einer Abschirmung des elektrischen Leiters. Die Abschirmung besteht aus einem Geflecht aus einer Vielzahl von Litzen. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit einer überstehenden Litze, die zu einer Fehlkontaktierung bei der Weiterverarbeitung führt, besonders hoch. Für eine möglichst hohe Absicherung gegen eine Weiterverarbeitung fehlerhafter Teile findet die Prüfung in einem Bereich mit einem entferntem Isolationsmantel und einer gekürzten Abschirmung statt. Die überstehende Litze ist dann Teil einer nicht vollständig entfernten Abschirmung einer HV-Leitung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird der elektrische Leiter bis zu einem den Sendebereich des Sensors begrenzenden Anschlag eingeführt. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die zu prüfende Oberfläche im Sendebereich des Sensors befindet.
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Während des Abtastens ist der elektrische Leiter in Greifbacken eingeklemmt. Schwankungen durch das Halten des Leiters werden dadurch ausgeschlossen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung schließen sich die Greifbacken, wenn der elektrische Leiter auf den Anschlag trifft. Anschließend wird der Abtastvorgang gestartet.
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Kurze Figurenbeschreibung
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1 zeigt die schematische Funktionsweise des Triangulationssensors bei der Prüfung der Oberfläche,
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3a–3c zeigt beispielhafte Abstandsmesskurven.
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1 zeigt schematisch eine HV-Leitung 12 während der Prüfung einer Oberfläche 11. Die HV-Leitung 12 besteht aus einem innenliegenden elektrischen Leiter 1, der durch eine Innenisolierung 22 von einer Abschirmung 9 elektrisch isoliert wird. Die Abschirmung 9 ist von einem Isolationsmantel 8 umgeben. In diesem Ausführungsbeispiel soll die Oberfläche 11 der freigelegten Innenisolierung 22 auf überstehende Litzen 2 der Abschirmung 9 überprüft werden. Dazu wurde abschnittsweise der Isolationsmantel 8 entfernt und die Abschirmung 9 gekürzt.
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Ein Sensor 3 ist im Abstand d von der Oberfläche 11 der Innenisolierung 22 des elektrischen Leiters 1 angeordnet. Der Abstand d ist bevorzugt zwischen 20 mm und 45 mm. Der Sensor 3 weist einen Sender 6, und einen Empfänger 7 auf und arbeitet nach dem Prinzip der Triangulation. Dazu sendet der Sender 6 ein Signal 4 aus. Der Sender 6 ist beispielsweise ein Laser, der einen Laserstrahl aussendet. Das Signal 4 wird an der Oberfläche 11 gestreut und reflektiert. Ein reflektiertes Signal 5 wird von dem Empfänger 7 empfangen und an eine Auswerteeinheit 19 weitergeleitet. Der Empfänger 7 ist beispielsweise ein CMOS- oder CCD-Chip und besteht aus einer Vielzahl an einzelnen Elementen 7a–7l. Das reflektierte Signal 5 trifft auf eines der Elemente 7a–7l auf. Die Auftreffposition des reflektierten Signals 5 auf eines der Elemente 7a–7l des Empfängers 7 wird an die Auswerteeinheit 19 weitergegeben und ist repräsentativ für einen gemessenen Abstand d zwischen Sensor und Oberfläche 11. Dieser Wert wird als Referenzwert R von der Auswerteeinheit 19 gespeichert.
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Trifft das Signal 4 nicht auf die Oberfläche 11, sondern auf eine überstehende Litze 2, ändert sich der Winkel unter dem das reflektierte Signal 5 gestreut wird (gekennzeichnet durch eine gestrichelte Linie). Dadurch ändert sich auch die Auftreffposition des reflektierten Signals 5 auf dem Empfänger 7. Das reflektierte Signal 5 wird an die Auswerteeinheit 19 weitergeleitet. Der gemessene Abstand d wird mit dem Referenzwert R verglichen. Bei einer Abweichung des Werts um einen Schwellwert S vom Referenzwert R gibt die Auswerteeinheit 19 ein Fehlersignal F aus. Als Schwellwert S wird typischerweise ein für die Litze charakteristischer Wert verwendet, beispielsweise der mittlere Durchmesser der Litze. Die Auswerteeinheit 19 kann auch dazu eingerichtet sein, vorbestimmbare Toleranzen zu berücksichtigen, sodass die Ausgabe des Fehlersignals F nur bei Verlassen des Toleranzbereichs erfolgt.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 mit dem in 1 näher dargestellten Sensor 3. Der Sensor 3 ist an einem drehbar gelagerten Flansch 13 angeordnet. Der Flansch wird von einer ersten Bewegungseinrichtung 20 angetrieben, sodass der Sensor 3 den elektrischen Leiter 1 während der Abtastung um 360° umläuft. Da der Sensor 3 über ein Kabel mit der Auswerteeinheit verbunden ist dreht sich der Flansch während einer Abtastung im Uhrzeigersinn und während der nächsten Abtastung entgegen dem Uhrzeigersinn. So kann ein übermäßiges Aufwickeln des Kabels 23 um den elektrischen Leiter 1 verhindert werden.
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Der elektrische Leiter 1 wird durch einen Haltering 14 in die Vorrichtung 10 eingeführt. Der Haltering 14 ist so ausgerichtet, dass der Mittelpunkt des elektrischen Leiters 1 mit dem Zentrum der Drehbewegung des Flansches zusammenfällt. Dadurch ist gewährleistet, dass der Abstand zwischen Sensor 3 und Oberfläche 11 des elektrischen Leiters 1 über die komplette Drehbewegung hinweg konstant ist. Damit die Abtastung nicht durch das manuelle Halten des elektrischen Leiters 1 durch eine Person beeinflusst wird, weist die Vorrichtung 10 Greifbacken 15 zum Festklemmen des elektrischen Leiters 1 auf. Ein Anschlag 16 verhindert, dass der elektrische Leiter 1 zu weit in die Vorrichtung 10 eingeschoben wird. Der Anschlag 16 ist derart angeordnet, dass beim Einschieben des elektrischen Leiters 1 dieser am Anschlag 16 zum Liegen kommt, wenn die zu prüfende Oberfläche exakt im Sendebereich des Sensors 3 liegt.
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Durch eine zweite Bewegungseinrichtung 21 ist eine Relativbewegung zwischen Sensor 3 und Leiter 1 entlang einer Längsachse des elektrischen Leiters 1 möglich. Dadurch kann der Sensor 3 in einem weiteren Abschnitt des elektrischen Leiters 1 platziert werden, sodass eine weitere Abtastung der Oberfläche 11 durch den Sensor 1 in einem anderen Abschnitt des elektrischen Leiters 1 möglich ist. Auch eine kontinuierliche Verschiebung des Sensors 3 entlang der Längsachse ist denkbar. Die zweite Bewegungseinrichtung 21 kann an den Greifbacken 15 angeordnet sein. Zusammen mit dem festgeklemmten elektrischen Leiter 1 werden die Greifbacken 15 entlang der Längsachse des elektrischen Leiters 1 verschoben.
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Die 3a–3c zeigen schematisch Aufzeichnungen von Abstandsmesskurven 17 der Auswerteinheit und einen Querschnitt des dazugehörigen elektrischen Leiters 1. 3a zeigt den Idealfall. Die Abtastung liefert einen konstanten gemessenen Abstand d, der mit dem Abstand d zwischen elektrischen Leiter 1 und Sensor übereinstimmt. In der 3b besitzt der elektrischen Leiter 1 einen leicht verformten Querschnitt. In der Abstandsmesskurve 17 schwankt der gemessene Abstand d zwischen elektrischen Leiter 1 und dem Sensor 3 während der Abtastung. Die Schwankungen sind aber zu gering, sodass der Schwellwert S für die Auslösung des Fehlersignals F nicht erreicht wird. In 3c ist im Querschnitt des elektrischen Leiters 1 eine überstehende Litze 2 zu erkennen. Die Abtastung liefert eine Abstandsmesskurve 17 mit einem Ausschlag 18. Der verringerte gemessene Abstand d des Ausschlags 18 wird durch die Litze 2 verursacht. In diesem Fall weicht der gemessene Abstand d um mehr als den Schwellwert S vom Referenzwert ab, sodass die Auswerteeinheit ein Fehlersignal F ausgeben würde.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Leiter
- 2
- Litze
- 3
- Sensor
- 4
- Signal
- 5
- Reflektiertes Signal
- 6
- Sender
- 7
- Empfänger
- 7a–7l
- Elemente des Empfängers
- 8
- Isoliermantel
- 9
- Abschirmung
- 10
- Vorrichtung
- 11
- Oberfläche des elektrischen Leiters
- 12
- HV-Leitung
- 13
- Drehbarer Flansch
- 14
- Haltering
- 15
- Greifbacken
- 16
- Anschlag
- 17
- Abstandsmesskurve
- 18
- Ausschlag
- 19
- Auswerteeinheit
- 20
- Erste Bewegungseinrichtung
- 21
- Zweite Bewegungseinrichtung
- 22
- Innenisolierung
- 23
- Kabel
- R
- Referenzwert
- S
- Schwellwert
- d
- Gemessener Abstand zwischen Sensor und Oberfläche
