DE102017105806A1

DE102017105806A1 - Verfahren und Vorrichtung zur, insbesondere automatischen, zerstörungsfreien Prüfung des, insbesondere lokalen, Verschleißzustandes eines linien- oder flächenförmigen textilen Gebildes aus oder enthaltend Polymerfasern

Info

Publication number: DE102017105806A1
Application number: DE102017105806.0A
Authority: DE
Inventors: Hartmann Hieber
Original assignee: Gleistein & Sohn Geo GmbH; GEO GLEISTEIN AND SOHN GmbH
Current assignee: GLEISTEIN GMBH, DE
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-09-20

Abstract

Verfahren zur, insbesondere automatischen, zerstörungsfreien Prüfung des, insbesondere lokalen, Verschleißzustandes eines linien- oder flächenförmigen textilen Gebildes aus oder enthaltend Polymerfasern, wobei das Verfahren umfasst Beleuchten eines Flächenausschnitts der Oberfläche des Gebildes mit kohärenter Strahlung von mindestens einer Strahlenquelle, Erfassen eines zeitlichen Intensitätverlaufs von in dem Gebilde diffus gestreuter Strahlung während einer Relativbewegung zwischen dem Gebilde und der mindestens einen Strahlenquelle, wobei das Gebilde bei der Relativbewegung an der mindestens einen Strahlenquelle vorbei bewegt wird, und Bestimmen des Verschleißzustandes des Gebildes anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs oder mindestens eines. Ausschnitts desselben und Vorrichtung zur, insbesondere 'automatischen, zerstörungsfreien Prüfung des, insbesondere lokalen, Verschleißzustandes eines linien- oder flächenförmigen textilen Gebildes aus oder enthaltend Polymerfasern, insbesondere zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zur, insbesondere automatischen, zerstörungsfreien Prüfung des, insbesondere lokalen, Verschleißzustandes eines linien- oder flächenförmigen textilen Gebildes aus oder enthaltend Polymerfasern und insbesondere in unstetigen Förderanlagen. Bei den unstetigen Förderanlagen kann es sich beispielsweise um Aufzüge, Krananlagen, Regalbediengeräte, Skilifte, Schlepplifte, Sessellifte, Personentransportkörbe, Rolltreppen, Schachtförderanlagen, Seilbahnen und Standseilbahnen handeln. Das Verfahren und die Vorrichtung können beispielsweise zur Bestimmung des Verschleißzustandes (Seildiagnose) in Seilen für Winden, Aufzüge und Hebevorrichtungen, aber auch zur Ermittlung der Belastbarkeit in beliebigen Kraftübertragungssystemen verwendet werden. Zudem können das Verfahren und die Vorrichtung auch zum Beispiel in Baumaschinen, Kabelrobotern oder in maschinenbaulichen Anlagen, die Polymerseile verwenden, eingesetzt werden. Die Polymerseile können z. B. aus hochfesten Fasern (wie z. B. Polyethylen, Polyamid und/oder Polyester) oder aus einer Kombination dieser Fasern bestehen.
Zudem können das Verfahren und die Vorrichtung letztendlich auch zur Erkennung der Ablegereife von Polymerseilen (Ablegeprognose). verwendet werden.
Zur Messung des Verschleißes von Polymerseilen ist eine Reihe von Verfahren und Anordnungen bekannt, die in der Praxis Anwendung finden. Diese beruhen auf der Messung von elektrischen Kenngrößen von Polymerseilen. Beispielsweise wird in der EP 2 749 521 A3 der elektrische Widerstand zwischen zwei Punkten in Längsrichtung eines Polymerseils. gemessen.
Ein weiteres Beispiel stellt die WO 2013/119203 A1 dar. Darin wird beschrieben, dass zum Beispiel dicht unter dem Seilmantel Widerstandsdrähte in ein Polymerseil eingebaut und deren Widerstand gemessen wird.
Diese bekannten Verfahren weisen den Nachteil auf, dass Widerstände über ganze Seilabschnitte gemessen werden und für diesen einen Mittelwert liefern. Wenn die Seilabschnitte länger sind als eine Schädigungszone, so wird deren Signal abgeschwächt. Außerdem muss das Polymerseil selbst mit einem elektrischen Sensor versehen und dieser entweder berührungslos detektiert oder aber für eine verbesserte Messgenauigkeit elektrisch angeschlossen werden.
Weiterhin messen diese Verfahren makroskopische Eigenschaften, wie die Seildehnung, aber geben keine Auskunft über den allgemeinen oder örtlichen Verschleißzustand durch Faser- und Garnbrüche im Seilinneren.
Zerstörungsfreie Messverfahren, wie die Messung akustischer Oberflächenwellen, setzen ebenfalls mindestens streckenweise in das Polymerseil eingebrachte elektrische oder halbleitende Sensoren voraus.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur, insbesondere automatischen, zerstörungsfreien Prüfung des, insbesondere lokalen, Verschleißzustandes eines linien- oder flächenförmigen textilen Gebildes enthaltend Polymerfasern bereitzustellen, bei denen die zu prüfenden Gebilde nicht präpariert werden müssen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur, insbesondere automatischen, zerstörungsfreien Prüfung des, insbesondere lokalen, Verschleißzustandes eines linien- oder flächenförmigen textilen Gebildes aus oder enthaltend Polymerfasern, wobei das Verfahren umfasst Beleuchten eines Flächenausschnitts der Oberfläche des Gebildes mit kohärenter Strahlung von mindestens einer Strahlenquelle, Erfassen eines zeitlichen Intensitätverlaufs von in dem Gebilde diffus gestreuter Strahlung während einer Relativbewegung zwischen dem Gebilde und der mindestens einen Strahlenquelle, wobei das Gebilde bei der Relativbewegung an der mindestens einen Strahlenquelle vorbei bewegt wird, und Bestimmen des Verschleißzustandes des Gebildes anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs oder mindestens eines Ausschnitts desselben. Die Strahlenquelle kann sowohl stationär als auch in Bewegung, z.B. schwingend, sein. Anstelle von mehreren Strahlenquellen kann auch zum Beispiel eine Strahlenquelle verwendet und deren Strahl in mehrere Strahlen, zum Beispiel mittels eines oder mehrerer Strahlenteiler(s), aufgeteilt werden.
Ein lokaler Verschleißzustand kann beispielsweise wie folgt bestimmt werden: ein Seil fährt mit konstanter Geschwindigkeit durch eine Messapparatur auf- und abwärts. Aus einer Motorsteuerung werden zwei Spannungssignale (i) zum Zustand „Seil steht“ oder „Seil fährt“ sowie (ii) zum Zustand „Seil fährt nach oben“ oder „Seil fährt nach unten“ in ein Messgerät geleitet und dort von einer Messsteuerungssoftware verarbeitet. Aus diesen Signalwechseln wird der Zusammenhang zwischen der aktuellen Zeit und dem Messort entlang des Seils berechnet. Das für eine Gruppe von Messpunkten erforderliche Zeitintervall und die Übertragungsdauer dieser Messgruppe vom messenden Mikroprozessor zum Steuerungsrechner liefern das Zeitintervall für jede Messgruppe, aus dem sich mit Hilfe der bekannten Geschwindigkeit des Seils der jeweilige Messort für jeden Messpunkt entlang des Seils ergibt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Seillänge L in n Abschnitte so unterteilt, dass n=1.1*L/(v*Δt), wobei v die Laufgeschwindigkeit des Seils und Δt die zur Messung von zum Beispiel 1000 Punkten erforderliche Zeit bedeuten. Beispiel: 1 ms Messtakt pro Punkt liefert mit v=0.5ms^-1 die Messstrecke 500 mm für 1000 Punkten und somit bei der Seillänge 10m → n=22 Aufrufe zu je 1000 Messpunkten.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur, insbesondere automatischen, zerstörungsfreien Prüfung des, insbesondere lokalen, Verschleißzustandes eines linien- oder flächenförmigen textilen Gebildes aus oder enthaltend Polymerfasern, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24, umfassend mindestens eine Strahlenquelle zum Beleuchten der Oberfläche eines linien- oder flächenförmigen Gebildes mit kohärenter Strahlung, mindestens einen Detektor (20) zum Erfassen eines zeitlichen Intensitätsverlaufs von in dem Gebilde diffus gestreuter Strahlung während einer Relativbewegung zwischen dem Gebilde und der mindestens einen Strahlenquelle, wobei das Gebilde bei der Relativbewegung an der mindestens einen Strahlenquelle vorbei bewegt wird, und eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen des Verschleißzustandes des Gebildes anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass die kohärente Strahlung eine Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichts bis in das nahe Infrarot aufweist. Vorteilhafterweise ist die Strahlung monochromatisch oder weist sie mehrere diskrete Wellenlängen auf.
Vorteilhafterweise wird die kohärente Strahlung auf oder in dem Gebilde fokussiert. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die fokussierte Strahlung einen rotationssymmetrischen Fokus oder einen Strichfokus aufweist. Ein rotationssymmetrischer Fokus kann mittels einer kreisrunden Fokussierlinse (Sammellinse) erzeugt werden, während ein Strichfokus mittels einer Zylinderlinse erzielt werden kann.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird die kohärente Strahlung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des linienförmigen Gebildes oder zur Ebene des flächenförmigen Gebildes einfallen gelassen.
Zweckmäßiger Weise wird die diffus gestreute Strahlung mittels mindestens eines Detektors in einem Raumwinkel erfasst.
Insbesondere kann dabei vorgesehen werden, dass die diffus gestreute Strahlung mittels einer Sammellinse in dem Raumwinkel gesammelt wird.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird die diffus gestreute Strahlung in einer Achse mit der Strahlenquelle senkrecht zur Längsachse des linienförmigen Gebildes oder zur Ebene des flächenförmigen Gebildes erfasst.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die diffus gestreute Strahlung unter einem Winkel zur Achse der Strahlenquelle erfasst wird.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der zeitliche Strahlungsintensitätsverlauf mittels einer Laufgeschwindigkeit des linien- oder flächenförmigen Gebildes auf Streckenabschnitte des Gebildes umgerechnet.
Zweckmäßigerweise wird der zeitliche Strahlungsintensitätsverlauf über der Länge des linien- oder flächenförmigen Gebildes skaliert.
Vorteilhafterweise wird eine inkrementale Wegberechnung, zum Beispiel anhand von mindestens einer Markierung auf der Oberfläche des Gebildes, durchgeführt.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform umfasst das Bestimmen des Verschleißzustandes des Gebildes anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs: Durchführen einer Spektralanalyse und Bestimmen einer Summe von höherfrequenten Anteilen im Frequenzspektrum und/oder Bestimmen eines Verhältnisses einer Summe von niederfrequenten Anteilen zu einer Summe von höherfrequenten Anteilen und/oder Bestimmen einer relativen Häufigkeit der Frequenzen.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Summe der höherfrequenten Anteile mit einem vorgebbaren oberen Grenzwert verglichen wird und bei Überschreiten des oberen Grenzwerts ein Verschleißzustand mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad deklariert wird. Es kann also in einem solchen Fall nicht nur zwischen keinem Verschleiß und einem übermäßigen Verschleiß, der zum Beispiel den Austausch des Gebildes erfordert, sondern auch zwischen unterschiedlichen Schweregraden des Verschleißzustandes, die unter Umständen noch keinen Austausch des Gebildes erfordern, unterschieden werden.
Alternativ wird das Verhältnis der Summe von niederfrequenten Anteilen zur Summe von höherfrequenten Anteilen mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen und bei Unterschreiten des unteren Grenzwerts ein Verschleißzustand mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad deklariert.
Wiederum alternativ kann das Bestimmen des Verschleißzustandes des Gebildes anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs Durchführen einer Spektralanalyse und Bestimmen einer Summe von höherfrequenten Anteilen im Frequenzspektrum und Bestimmen eines Verhältnisses einer Summe von niederfrequenten Anteilen zu einer Summe von höherfrequenten Anteilen und Anteilen mit einem vorgebbaren oberen Grenzwert sowie Vergleichen des Verhältnisses der Summe von niederfrequenten Anteilen zur Summe von höherfrequenten Anteilen mit einem vorgebbaren unteren Grenzwert und bei Überschreiten des oberen Grenzwerts sowie Unterschreiten des unteren Grenzwerts Deklarieren eines Verschleißzustandes mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad umfassen.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform wird die Summe der höherfrequenten Anteile mit einer Summe von höherfrequenten Anteilen verglichen, die bei einer früheren Messung ermittelt wurde, und wird bei Überschreiten der früher ermittelten Summe von höherfrequenten Anteilen um einen vorgebbaren. Wert oder bei Erreichen eines vorgebbaren Vielfachen der früher ermittelten Summe von höherfrequenten Anteilen ein Verschleißzustand mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad deklariert. Bei der. früheren Messung kann es sich z.B. um eine unmittelbar oder mittelbar vorangegangene Messung handeln. Es kann sich aber auch um eine Messung des Ausgangszustands des Messobjekts handeln. Dies gilt sowohl hier als auch für die nachfolgende Beschreibung.
Alternativ dazu kann das Verhältnis der Summe von niederfrequenten Anteilen zur Summe von höherfrequenten Anteilen mit einem Verhältnis einer Summe von niederfrequenten Anteilen zu einer Summe von höherfrequenten Anteilen verglichen werden, das bei einer früheren Messung ermittelt wurde, und bei Unterschreiten des früher ermittelten Verhältnisses um einen vorgebbaren Wert oder bei Erreichen eines vorgebbaren Bruchteils des früher ermittelten Verhältnisses ein Verschleißzustand mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad deklariert werden.
Wiederum alternativ wird die Summe der höherfrequenten Anteile mit einer Summe von höherfrequenten Anteilen verglichen, die bei einer früheren Messung ermittelt wurde, und wird das Verhältnis der Summe von niederfrequenten Anteilen zur Summe von höherfrequenten Anteilen mit einem Verhältnis einer Summe von niederfrequenten Anteilen zu einer Summe von höherfrequenten Anteilen verglichen, das bei einer früheren Messung ermittelt wurde, und wird bei Überschreiten der früher ermittelten Summe von höherfrequenten Anteilen um einen vorgebbaren Wert oder bei Erreichen eines vorab festlegbaren Vielfachen der früher ermittelten Summe von höherfrequenten Anteilen und bei Unterschreiten des früher ermittelten Verhältnisses um einen vorgebbaren Wert oder bei Erreichen eines vorab vorgebbaren Bruchteils des früher ermittelten Verhältnisses ein Verschleißzustand mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad deklariert. Vorteilhafterweise wird/werden ein Hinweis auf den Verschleißzustand mit einem bestimmten Schweregrad oder auf den Schweregrad selbst und/oder ein Warnsignal ausgegeben, wenn der Verschleißzustand einen bestimmten vorgebbaren Schweregrad erreicht hat. Es kann/können sowohl nur ein einziger Schweregrad vorgegeben als auch mehrere Schweregrade vorgegeben werden.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform umfasst das Bestimmen des Verschleißzustandes des Gebildes anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs ein Bestimmen eines oder mehrerer Gambrüche anhand eines. Ermittelns von mindestens einem lokalen Maximum in dem Strahlungsintensitätsverlauf.
Weiterhin kann das linienförmige Gebilde ein Polymerseil sein und der Verschleißzustand des Polymerseils beim Einsatz, insbesondere in unstetigen Förderanlagen, überwacht werden.
Das flächenförmige Gebilde kann ein Gewebe, Gewirk oder Gestrick sein.
Das Erfassen eines zeitlichen Intensitätsverlaufs über eine Breite oder Länge des flächenförmigen Gebildes kann in vorgebbaren räumlichen Abständen wiederholt werden.
Bei der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Strahlenquelle Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichts bis in das nahe Infrarot abgibt.
Vorteilhafterweise ist die Strahlenquelle ein Laser.
Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung ferner eine Fokussiervorrichtung zum Fokussieren der Strahlung der Strahlenquelle in einem rotationssymmetrischen Fokus oder Strichfokus.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform ist der Detektor in einer Achse mit der Strahlung von der Strahlenquelle angeordnet.
Alternativ kann der Detektor in einem Winkel zur Achse der Strahlung von der Strahlenquelle angeordnet sein.
Vorteilhafterweise umfasst der Detektor einen optoelektronischen Verstärker, eine Zeilenkamera oder eine Webcam.
Schließlich liefert die vorliegende Erfindung auch ein oder mehrere computerlesbare(s) Speichermedium/medien, das/die computerausführbare Befehle umfasst/umfassen, die, wenn sie durch einen Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24 durchzuführen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass das diffuse Streuverhalten von Polymerseilen zur zerstörungsfreien Bestimmung des Verschleißzustandes derselben verwendet werden kann. Darüber kann dann wiederum die Ablegereife prognostiziert werden.
Es wird davon ausgegangen, dass der Verschleiß von Polymerseilen durch inhomogene Reckung und Bruch der Fasern erfolgt. Irreversible Strukturveränderungen führen zu Garnbrüchen und schließlich zum Seilbruch. Hintergrund ist die Verfestigung und die zunehmende Versprödung des Materials. Mit der. im Verlauf der Beanspruchung zunehmenden Häufigkeit der Faserbrüche in einer Seilstrecke verringert sich der restliche tragende Querschnitt. Bei konstanter Gesamtbelastung nimmt die materialspezifische Belastung zu. Damit wächst die Häufigkeit der Faserbrüche exponentiell, bis die Festigkeit der verbleibenden Fasern überschritten wird und das Seil bricht.
Bei der Streulichtmethode handelt es sich um eine störungsfreie Messtechnik, die zur Charakterisierung von Schüttgütern, Materialoberflächen, in der Biologie und in der Medizin breite Anwendung findet. Die diffuse Lichtstreuung, bei der in einem opaken Material viele Streuzentren neue Lichtwellen aussenden, reagiert empfindlich auf die Lichtabsorption und Reflexion. Im Falle von Faserseilen betrifft dies die Lichteinkopplung von Faser zu Faser. Damit wirken sich nicht nur die Einfärbung der Garne und die beim Faserverschleiß eintretenden Veränderungen der Mikrostruktur, sondern auch die Kompression durch den Innendruck des Seils unmittelbar auf die Intensitätsverteilung und Richtungsabhängigkeit der diffusen Lichtstreuung aus.
Wenn nun ein Polymerseil mit einer vorzugsweise konstanten Geschwindigkeit durch zum Beispiel einen Laserfokus läuft, so trifft dieser die Garne mit ihren Faserbündeln in unterschiedlichen Konfigurationen. Teilweise wirken die Fasern in den Garnen auch streckenweise als Lichtleiter. Somit treten wechselnde Intensitätsverläufe des Streulichts mit charakteristischen Zeitprofilen auf, die mit der Laufgeschwindigkeit des Seils in Längenprofile umgerechnet werden.
Derzeit wird angenommen, dass mit zunehmendem Seilverschleiß die inhomogene Reckung und der Bruch von Fasern die Dichte der Streulichtzentren erhöht. Damit nehmen auch die höheren Frequenzanteile (HF) der Streulichtintensität zu, während die niederfrequenten Anteile (NF) abfallen. Dieser Effekt verläuft allerdings üblicherweise nicht gleichmäßig. Neben Seilabschnitten mit wachsender Schädigung bleiben solche mit geringer Schädigung erhalten, die zum Beispiel bei Aufzügen weniger häufig oder gar nicht über die Seilrollen laufen und daher weniger oder gar nicht biegewechselverformt werden.
Mittels der vorliegenden Erfindung lässt sich insbesondere eine sichere Nutzungsdauer von Polymerseilen bis zum Erreichen einer Ablegereife erzielen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der schematischen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine Vorderansicht von einer Vorrichtung zur automatischen zerstörungsfreien Überwachung von Polymerseilen hinsichtlich des, insbesondere lokalen, Verschleißzustandes beim Einsatz in einer Aufzugsanlage (nicht gezeigt) gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung von 1;
3 einen zeitlichen Strahlungsintensitätsverlauf der diffusen Lichtstreuung an einem Seilabschnitt eines vorbeilaufenden Polymerseils ohne oder mit geringem Verschleiß;
4 einen zeitlichen bzw. räumlichen Strahlungsintensitätsverlauf der diffusen Streuung an einem Seilabschnitt desselben vorbeilaufenden Polymerseils wie bei 3 mit stärkerem Verschleiß;
5 eine Darstellung der niederfrequenten und höherfrequenten Anteile des zeitlichen bzw. räumlichen Strahlungsintensitätsverlaufs (Periodogramm) von 3;
6 eine Darstellung der niederfrequenten und höherfrequenten Anteile des zeitlichen bzw. räumlichen Strahlungsintensitätsverlaufs (Periodogramm) von 4;
7 Histogramme aus Periodogrammen von Seilen bzw. Seilabschnitten mit geringerem Verschleiß (A) bzw. erhöhtem Verschleiß (B); und
8 einen zeitlichen bzw. räumlichen Strahlungsintensitätsverlauf bei einem Polymerseil mit Garnbrüchen.

Wie sich aus den 1 und 2 ergibt, weist die Vorrichtung 10 einen stationären Laser 12 mit einer Fokussieroptik (nicht gezeigt) zum Fokussieren eines Laserstrahls 14 auf der Oberfläche 16 eines Polymerseils 18 sowie einen Detektor 20 zum Erfassen eines zeitlichen Intensitätsverlaufs von in dem Polymerseil 18 inkohärent gestreuter Strahlung 22 während des Laufs des Polymerseils 18 an dem Laser 12 vorbei und eine Auswerteeinrichtung (nicht gezeigt) zum Bestimmen des Verschleißzustandes des Polymerseils 18 anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs auf.
Wie sich aus den 1 und 2 ergibt, trifft der Laserstrahl 14 zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Seilachse 24 auf die Oberfläche bzw. einen Flächenausschnitt der Oberfläche 16 des Polymerseils 18.
Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Laser 12 um einen 200mW-Diodenlaser mit Fokussierungsoptik. Der Diodenlaser weist eine Wellenlänge λ von 650nm auf.
Der Detektor 20 weist eine Sammellinse (nicht gezeigt) auf und ist in einer Achse mit dem Laserstrahl 14 auf der gegenüberliegenden Seite vom Polymerseil 18 angeordnet.
Sowohl auf der Laserseite als auch auf der Detektorseite sind Lichtabschirmungen 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 und 40 vorgesehen. Die Lichtabschirmungen 30, 32, 34 sind in diesem Beispiel an dem Laser bzw. der Laseroptik fest angebracht und die Lichtabschirmungen 26 und 28 sind an dem Detektor bzw. an der Detektorelektronik fest angebracht Die Kombination der Lichtabschirmungen ergibt eine Lichtfalle zur Abschirmung von Fremdlicht.
Bei Laufgeschwindigkeiten der Polymerseile in der Größenordnung von 0,5ms^-1 ergibt die Zeitauflösung von A/D-Wandlern in einer Auswerteeinrichtung (nicht gezeigt) in der Größenordnung von 1 ms eine für die Feststellung von Garnbrüchen im Polymerseil ausreichende Längenauflösung von ca. 0,5nm. Die Schwankungsbreite in den geschädigten Polymerseilabschnitten liegt bei > 10 % ... ~ 50 % relativ, jeweils bezogen auf den durchgehenden Mittelwert.
Die 3 und 4 zeigen einen zeitlichen bzw. räumlichen Strahlungsintensitätsverlauf der diffusen Streuung an zwei verschiedenen Seilabschnitten eines Polymerseils, wie dem Polymerseil 18, das an einem Detektor, wie dem Detektor 20, mit einer konstanten Laufgeschwindigkeit vorbeiläuft. Die Laufgeschwindigkeit muss aber nicht konstant sein. Beispielsweise kann ein inkrementaler Wegaufnehmer oder eine andere Vorrichtung zur Weg- oder Geschwindigkeitsmessung verwendet werden. Oder ein Tachometer an der Seilrolle teilt dem Messprogramm den Ort auf der Seilstrecke bzw. die Seilgeschwindigkeit mit, die dann zur Ortskoordinate integriert werden kann. Die sinusähnlichen, niederfrequenten Verlaufe (siehe als Beispiel 3) zeichnen unbeschädigte Seilabschnitte, die höherfrequenten (siehe 4) verschlissene. Aufgrund des Laserfokus in diesem Beispiel <10 ... 15 µm, der Garn- und Zwimstärken im mm-Bereich und des Seildurchmessers (im' belasteten Zustand in diesem Beispiel ≈ 13 mm) trifft der Laserfokus fortlaufend auf unterschiedliche Ausschnitte der kompliziert aufgebauten Seilstruktur. Demzufolge ist eine statistische Analyse sinnvoll. Die Methode der Frequenzanalyse aus Periodogrammen wird üblicherweise in der Analyse von Zeitreihen angewandt.
Die Auswertung der zeitlichen bzw. räumlichen Strahlungsintensitätsverläufe ist also hinsichtlich der Verteilung von Frequenzspektren vorzunehmen. Hierzu existieren in der Nachrichtentechnik und Informatik viele Methoden. Zur Auswertung können Spektral- und Korrelationsfunktionen verwendet werden. Beispielsweise können aus den Spektren der Zeitreihen der Streulichtsignale die Cospektren, die Quadraturspektren, die Phasen- und die Kohärenzfunktionen als Funktionen der Wellenlänge berechnet werden. Die Periodogramme (siehe bspw. die Periodogramme in den 5 und 6) liefern die wellenlängen- bzw. frequenzabhängigen Periodizitäten der gemessenen Zeitabschnitte, die mittels der Seilgeschwindigkeit auf die Längskoordinate bezogen werden können.
Der Verlauf des Streulichts zeigt entlang von Strecken im Bereich einiger 100 mm deutliche Unterschiede in der Grundfrequenz und in den höheren Frequenzanteilen. Die engmaschigen Ausschnitte von jeweils 10 cm über Seillänge signalisieren somit die unterschiedlichen Verschleißgrade.
Der Seilverschleiß lässt sich durch die Zunahme höherfrequenter Anteile der Periodogramme ermitteln. Dies zeigt sich auch in den 5 und 6. Ausgehend von der 5 nehmen die niederfrequenten Anteile der Intensitätsverläufe der Streustrahlung mit zunehmendem Verschleiß des Polymerseils sozusagen zugunsten der höherfrequenten Anteile ab. Dies ergibt sich auch noch einmal aus der 7, in der das Frequenzspektrum des Polymerseils im „unbeschädigten“ Zustand (Anfangszustand) (Kurve A) und für das Polymerseil mit Verschleiß (Kurve B) dargestellt sind.
Der Vorteil besteht darin, dass in diesen Histogrammen sowohl die verschlissenen Streckenabschnitte wie auch die weniger beschädigten enthalten sind. Man könnte die Darstellung in den Histogrammen auch als Fingerabdruck der Seilschädigung bezeichnen: hoher Grundfrequenzanteil mit geringem Klirrfaktor heißt intaktes Seil, zunehmender Klirrfaktor heißt zunehmender Verschleiß. Zur Auswertung kann beispielsweise die Schiefe der Histogramme verwendet werden.
Die Zunahme der höherfrequenten Anteile mit zunehmendem Schweregrad des Verschleißes könnte auch mittels anderer Verfahren ermittelt bzw. ausgewertet werden. Beispielsweise in der Nachrichtentechnik finden auch andere Verfahren der Signalverarbeitung breite Anwendung, wie z. B. Zustandsraummodelle mit gleitendem Durchlauf, Fuzzy-Methoden oder die Methoden der neuronalen Netze. In der Informatik steht eine weitere Vielfalt von Berechnungsmethoden zur Verfügung. Dies bezüglich sei lediglich beispielshaft die Kernregressionsschätzung aus den Spektraldichtefunktionen genannt.
Gambrüche in einem Polymerseil können anhand von lokalen Maxima in zeitlichen bzw. räumlichen Strahlungsintensitätsverläufen erkannt werden. 8 zeigt einen beispielhaften zeitlichen bzw. räumlichen Strahlungsintensitätsverlauf bei einem Polymerseil, bei dem der Verschleiß zu Garnbrüchen geführt hat. Das lokale Maximum ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. Es wird davon ausgegangen, dass solch ein lokales Maximum von Hohlräumen im Polymerseil herrühren, die durch Garnbrüche entstanden sind.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Laser
14: Laserstrahl
16: Oberfläche
18: Polymerseil
20: Detektor
22: Streustrahlung
24: Seilachse
26,28,30,32, 34,36,38,40: Lichtabschirmungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2749521 A3 [0003]
WO 2013/119203 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur, insbesondere automatischen, zerstörungsfreien Prüfung des, insbesondere lokalen, Verschleißzustandes eines linien- oder flächenförmigen textilen Gebildes aus oder enthaltend Polymerfasern, wobei das Verfahren umfasst - Beleuchten eines Flachenausschnitts der Oberfläche des Gebildes mit kohärenter Strahlung von mindestens einer Strahlenquelle, - Erfassen eines zeitlichen Intensitätverlaufs von in dem Gebilde diffus gestreuter Strahlung während einer Relativbewegung zwischen dem Gebilde und der mindestens einen Strahlenquelle, wobei das Gebilde bei der Relativbewegung an der mindestens einen Strahlenquelle vorbei bewegt wird, und - Bestimmen des Verschleißzustandes des Gebildes anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs oder mindestens eines Ausschnitts desselben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die kohärente Strahlung eine Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichts bis in das nahe Infrarot aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die kohärente Strahlung auf oder in dem Gebilde fokussiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die fokussierte Strahlung einen rotationssymmetrischen Fokus oder einen Strichfokus aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die kohärente Strahlung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des linienförmigen Gebildes oder zur Ebene des flächenförmigen Gebildes einfallen gelassen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die diffus gestreute Strahlung mittels mindestens eines Detektors (20) in einem Raumwinkel erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die diffus gestreute Strahlung mittels einer Sammellinse in dem Raumwinkel gesammelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die diffus gestreute Strahlung in einer Achse mit der Strahlenquelle senkrecht zur Längsachse des linienförmigen Gebildes oder zur Ebene des flächenförmigen Gebildes erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die diffus gestreute Strahlung unter einem Winkel zur Achse der Strahlenquelle erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zeitliche Strahlungsintensitätsverlauf mittels einer Laufgeschwindigkeit des linien- oder flächenförmigen Gebildes auf Streckenabschnitte des Gebildes umgerechnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zeitliche Strahlungsintensitätsverlauf über der Länge des linienförmigen Gebildes oder über eine Seitenlänge des flächenförmigen Gebildes skaliert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine inkrementale Wegberechnung, zum Beispiel anhand von mindestens einer Markierung auf der Oberfläche des Gebildes, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des Verschleißzustandes des Gebildes anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs umfasst: - Durchführen einer Spektralanalyse und Bestimmen einer Summe von höherfrequenten Anteilen im Frequenzspektrum und/oder Bestimmen eines Verhältnisses einer Summe von niederfrequenten Anteilen zu einer Summe von höherfrequenten Anteilen und/oder Bestimmen einer relativen Häufigkeit der Frequenzen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Summe der höherfrequenten Anteile mit einem vorgebbaren oberen Grenzwert verglichen wird und bei Überschreiten des oberen Grenzwerts ein Verschleißzustand mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad deklariert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verhältnis der Summe von niederfrequenten Anteilen zur Summe von höherfrequenten Anteilen mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen wird und bei Unterschreiten des unteren Grenzwerts ein Verschleißzustand mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad deklariert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Bestimmen des Verschleißzustandes des Gebildes anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs umfasst: - Durchführen einer Spektralanalyse und Bestimmen einer Summe von. höherfrequenten Anteilen im Frequenzspektrum und Bestimmen eines Verhältnisses einer Summe von niederfrequenten Anteilen zu einer Summe von höherfrequenten Anteilen und Vergleichen der Summe von höherfrequenten Anteilen mit einem vorgebbaren oberen Grenzwert sowie Vergleichen des Verhältnisses der Summe von niederfrequenten Anteilen zur Summe von höherfrequenten Anteilen mit einem vorgebbaren unteren Grenzwert und bei Überschreiten des oberen Grenzwerts sowie Unterschreiten des unteren Grenzwerts Deklarieren eines Verschleißzustandes mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Summe der höherfrequenten Anteile mit einer Summe von höherfrequenten Anteilen verglichen wird, die bei einer früheren Messung ermittelt wurde, und bei Überschreiten der früher ermittelten Summe von höherfrequenten Anteilen um einen vorab festlegbaren Wert oder bei Erreichen eines vorab festlegbaren Vielfachen der früher ermittelten Summe von höherfrequenten Anteilen ein. Verschleißzustand mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad deklariert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verhältnis der Summe von niederfrequenten Anteilen zur Summe von höherfrequenten Anteilen mit einem Verhältnis einer Summe von niederfrequenten Anteilen zu einer Summe von höherfrequenten Anteilen verglichen wird, das bei einer früheren Messung ermittelt wurde, und bei Unterschreiten des früher ermittelten Verhältnisses um einen vorgebbaren Wert oder bei Erreichen eines vorgebbaren Bruchteils des früher ermittelten Verhältnisses ein Verschleißzustand mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad deklariert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Summe der höherfrequenten Anteile mit einer Summe von höherfrequenten Anteilen verglichen wird, die bei einer früheren Messung ermittelt wurde, und das Verhältnis der Summe von niederfrequenten Anteilen zur Summe von höherfrequenten Anteilen mit einem Verhältnis einer Summe von niederfrequenten Anteilen zu einer Summe von höherfrequenten Anteilen verglichen wird, das bei einer früheren Messung ermittelt wurde, und bei Überschreiten der früher ermittelten Summe von höherfrequenten Anteilen um einen vorab festlegbaren Wert oder bei Erreichen eines vorab festlegbaren Vielfachen der früher ermittelten Summe von höherfrequenten Anteilen und bei Unterschreiten des früher ermittelten Verhältnisses um einen vorgebbaren Wert oder bei Erreichen eines vorgebbaren Bruchteils des früher ermittelten Verhältnisses ein Verschleißzustand mit einem bestimmten vorgebbaren Schweregrad deklariert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei ein Hinweis auf den Verschleißzustand mit einem bestimmten Schweregrad oder auf den Schweregrad selbst und/oder ein Warnsignal ausgegeben wird/werden, wenn der Verschleißzustand einen bestimmten vorgebbaren Schweregrad erreicht hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Bestimmen des Verschleißzustandes des Gebildes anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs ein Bestimmen eines oder mehrerer Garnbrüche anhand eines Ermittelns von mindestens einem lokalen Maximum in dem Strahlungsintensitätsverlauf umfasst
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das linienförmige Gebilde_' ein Polymerseil ist und der Verschleißzustand des Polymerseils beim Einsatz, insbesondere in unstetigen Förderanlagen, überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das flächenförmige Gebilde ein Gewebe, Gewirk oder Gestrick ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Erfassen eines zeitlichen Intensitätsverlaufs über eine Breite oder eine Länge des flächenförmigen Gebildes in vorgebbaren räumlichen Abstanden wiederholt wird.
Vorrichtung (10) zur, insbesondere automatischen, zerstörungsfreien Prüfung des, insbesondere lokalen, Verschleißzustandes eines linien- oder flächenförmigen textilen Gebildes aus oder enthaltend Polymerfasern, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend - mindestens eine Strahlenquelle zum Beleuchten der Oberfläche eines linien- oder flächenförmigen Gebildes mit kohärenter Strahlung, - mindestens einen Detektor (20) zum Erfassen eines zeitlichen Intensitätsverlaufs von in dem Gebilde diffus gestreuter Strahlung während einer Relativbewegung zwischen dem Gebilde und der mindestens einen Strahlenquelle, wobei das Gebilde bei der Relativbewegung an der mindestens einen Strahlenquelle vorbei bewegt wird, und - eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen des Verschleißzustandes des Gebildes anhand des erfassten zeitlichen Strahlungsintensitätsverlaufs.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 22, wobei die Strahlenquelle Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichts bis in das nahe Infrarot abgibt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Strahlenquelle ein Laser (12) ist
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, ferner umfassend eine Fokussiereinrichtung zum Fokussieren der Strahlung der Strahlenquelle in einem rotationssymmetrischen Fokus oder Strichfokus.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei der Detektor (20) in einer Achse mit der Strahlung von der Strahlenquelle angeordnet ist
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei der Detektor (20) in einem Winkel zur Achse der Strahlung von der Strahlenquelle angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei der Detektor (20) ein optoelektronischer Verstärker, eine Zeilenkamera oder eine Webcam umfasst
Ein oder mehrere computerlesbare(s) Speichermedium/medien, das/die durch computerausführbare Befehle umfasst/umfassen, die, wenn sie durch einen Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24 durchzuführen.