DE10352043A1 - Verfahren zur Kalibrierung einer Schichtdicken-Messmaschine - Google Patents

Verfahren zur Kalibrierung einer Schichtdicken-Messmaschine

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Kalibrierung einer Schichtdicken-Messmaschine für Produkte (10) mit im Wesentlichen periodisch angeordneten, elektrisch leitenden Einlagen (2), die mit einem elektrisch nicht leitenden Material beschichtet oder in ein solches Material eingebettet sind, bei dem ein Wirbelstromsensor (1) relativ zu dem Produkt (10) in einer festgelegten Entfernung bewegt wird und aus der Differenz der Entfernung des Wirbelstromsensors (1) zu dem Produkt (10) und der gemessenen Entfernung zu den Einlagen (2) die Schichtdicke (SD) bestimmt wird. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für eine vereinfachte Kalibrierung einer Schichtdicken-Messmaschine bereitzustellen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass über den Wirbelstromsensor (1) die Abstände (A) der Einlagen (2) zueinander bestimmt werden und der Schhichtdickenwert (SD) in Abhängigkeit von den Abständen (A) der Einlagen (2) mit einem zugeordneten Kalibrierwert (K) kalibriert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Schichtdicken-Messmaschine für Produkte mit im wesentlichen periodisch angeordneten, elektrisch leitenden Einlagen, die mit einem elektrisch nicht leitenden Material beschichtet oder in ein solches Material eingebettet sind, bei dem ein Wirbelstromsensor relativ zu dem Produkt in einer festgelegten Entfernung bewegt wird und aus der Differenz der Entfernung des Wirbelstromsensor zu dem Produkt und der gemessenen Entfernung zu den Einlagen die Schichtdicke des elektrischen nicht leitenden Materials bestimmt wird.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Schichtdicke eines Kraftfahrzeugreifens mit einem Wirbelstromsensor zu messen, der in einer definierten Entfernung zur Gummioberfläche des Reifens, vorzugsweise im Schulterbereich der Innenschicht, entlang geführt wird. Das Messergebnis ist dabei abhängig von dem sogenannten Stahlcord und dem Spacing, also dem Abstand der Stahlcordfäden zueinander. Bei wechselndem Stahlcord und/oder sich änderndem Spacing muss bei dem herkömmlichen Verfahren eine Kalibriermessung vorgenommen werden. Der Stahlcord ist bei laufender Produktion bekannt und meist einheitlich. Das Spacing wechselt von Dimension zu Dimension des Reifens und in Abhängigkeit von dem Radius der Messspur zur Reifen-Drehachse. Die Kalibrierung erfolgt durch eine Referenzmessung gegen eine Kalibrierplatte, die speziell für jedes Spacing mit dem jeweiligen Stahlcord angefertigt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für eine vereinfachte Kalibrierung einer Schichtdicken-Messmaschine bereitzustellen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass über den Wirbelstromsensor die Abstände der Einlagen zueinander bestimmt werden und der Schichtdickenwert in Abhängigkeit von den Abständen der Einlagen mit einem zugeordneten Kalibrierwert kalibriert wird. Das Messergebnis, dass abhängig von der Messung der Einlagen sowie dem Spacing der Einlagen zueinander ist, kann nunmehr automatisch ermittelt werden, so dass eine Kalibrierplatte und ein entsprechendes vorgeschaltetes Kalibrierverfahren nicht mehr notwendig sind. Die Schichtdicke des elektrischen nicht leitenden Materials kann somit auf einfache Art und Weise zuverlässig gemessen werden, wobei eine Kalibrierung während der Messung erfolgt und Änderungen des zu messenden Produktes erkannt wird.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Produkte Kraftfahrzeugreifen und die Einlagen ein Stahlcord sind, also dass die Schichtdicke, insbesondere die Gummibeschichtung des Reifens, in Abhängigkeit von der Reifendimension und der Stahlcord-Karkasse gemessen wird. Eine Kalibrierung findet dann in Abhängigkeit von der Reifendimension und dem verwendeten Stahlcord statt.
  • Durch die periodische Anordnung der Einlagen ist es möglich, mit dem Wirbelstromsensor ein pulsierendes Messsignal bestimmter Frequenz aufzunehmen. Aus dem Quotienten der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Produkt, beispielsweise Kraftfahrzeugreifen und dem Wirbelstromsensor, sowie der Frequenz der Messsignale kann der Abstand oder das Spacing zwischen den einzelnen Einlagen oder den Stahlcordfäden bestimmt werden. Der Abstand oder das Spacing der Einlagen ergibt sich aus der Geschwindigkeit des Wirbelstromsensors quer zur Ausrichtung der Einlagen oder der Fadenrichtung geteilt durch die Frequenz des Messsignals. Jeden Wert eines Abstandes mit der jeweiligen Einlage oder dem jeweiligen Stahlcord wird ein Kalibrierwert zugeordnet, woraus sich eine Kalibrierfunktion ergibt. Aus der Kalibrierfunktion wird der Kalibrierwert in Abhängigkeit von dem Spacing und der Beschaffenheit der Einlage oder der Stahlcordsorte gebildet. Der korrekte Schichtdickenwert wird dann als Produkt aus dem Kalibrierwert und der gemessenen Schichtdicke bestimmt.
  • Die Kalibrierwerte werden für eine Auswahl an Abständen oder Spacings ermittelt und in einem Speicher, insbesondere in einem Messrechner abgelegt. Aus diesem Messrechner werden die entsprechenden Kalibrierwerte in Abhängigkeit von der vorgegebenen Art der Einlage oder Stahlcordsorte abgerufen und zur Ermittlung des Kalibrierfaktors verwendet.
  • Um bei im wesentlich periodisch angeordneten Einlagen den Abstand der Einlagen zueinander bestimmen zu können, ist es notwendig, die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Wirbelstromsensor und den Einlagen zu kennen. Eine Alternative der Erfindung sieht vor, dass die Relativgeschwindigkeit mit einem Geschwindigkeitssensor ermittelt wird, der vorzugsweise auf der gleichen Messspur wie der Wirbelstromsensor angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine notwendige Korrektur der Relativgeschwindigkeit auf Grund verschiedener Messspurradien vermieden.
  • Alternativ dazu ist es vorgesehen, dass die Relativgeschwindigkeit aus der Drehzahl des Kraftfahrzeugreifens und dem Radius des Wirbelstromsensors zu der Drehachse des Kraftfahrzeugreifens bestimmt wird. Wenn der Radius des Wirbelstromsensors zur Drehachse des Produktes oder des Kraftfahrzeugreifens bekannt ist, kann die Geschwindigkeit des Wirbelstromsensors relativ zu der Oberfläche des Produktes rechnerisch ermittelt werden.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass eine Schar von Kalibrierwerten über den Bereich der anfallenden Abstände oder Spacings für die jeweiligen Materialien ermittelt und daraus die Kalibrierfunktion errechnet wird.
  • Nachfolgend wird anhand der Figur der Aufbau und der Ablauf des Kalibrierverfahrens näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch eine Schichtdicken-Messmaschine für Kraftfahrzeugreifen mit einem angeschlossenen Messrechner.
  • In der Figur ist ein Kraftfahrzeugreifen 10 dargestellt, der als Stahlcord-Karkass-Reifen ausgebildet ist, also der Stahlcordfäden 2 als Karkasse aufweist, die in einer Gummimischung eingebettet sind. Während die Stahlcordfäden 2 von einem Wirbelstromsensor 1 detektiert werden können, kann die Schichtdicke, also die Dicke der Gummischicht, nur indirekt gemessen werden, indem der Wirbelstromsensor in einem festen Abstand zu der Oberfläche des Kraftfahrzeugreifens 10 relativ zu diesem bewegt wird. Der feste Abstand oder die feste Entfernung kann beispielsweise durch ein Laufrad oder einen Gleitschuh sichergestellt werden.
  • Der Wirbelstromsensor 1 mißt somit die Entfernung zu den Stahlcordfäden 2, und die Schichtdicke der elektrisch nicht leitenden Gummischicht wird aus der Differenz der gemessenen Entfernung und der festgelegten Entfernung zu der Oberfläche des Kraftfahrzeugreifens 10 errechnet.
  • Der Wirbelstromsensor 1 weist eine getrennte Anordnung von Sende- und Empfangsspule auf und hat dadurch ein schmales Messfeld. Daher pulsiert das Messsignal des Wirbelstromsensors 1 beim Abfahren der Messspur 5, wobei die Frequenz des Messsignals der Durchlauffrequenz der Stahlcordfäden 2 entspricht. Der Abstand A der Einlagen 2 zueinander, also das Spacing der Stahlcordfäden 2, ergibt sich aus der Geschwindigkeit V des Wirbelstromsensors 1 relativ und quer zur Stahlcordfadenrichtung, geteilt durch die Frequenz F des Messsignals. Als Gleichung ausgedrückt ergibt sich der Zwischenraum zu: A=V/F.
  • Der Zeichnung ist weiterhin zu entnehmen, dass ein Geschwindigkeitssensor 4 vorhanden ist, der die Relativgeschwindigkeit V, beispielsweise auf Grund einer Drehung des Kraftfahrzeugreifens 10 relativ zu dem Wirbelstromsensor 1, erfasst. Zweckmässigerweise ist der Geschwindigkeitssensor 4 auf der gleichen Messspur 5 wie der Wirbelstromsensor 1 angeordnet, damit die Geschwindigkeitsdaten unverändert übernommen werden können. Alternativ zu einem Geschwindigkeitssensor 4 kann die Geschwindigkeit des Wirbelstromsensors 1 relativ zu dem Kraftfahrzeugreifen 10 auch aus der Drehzahl des Kraftfahrzeugreifens und dem Abstand R des Sensors 1 zur Reifendrehachse ermittelt werden.
  • In dem linken Teil der Figur ist ein Querschnitt eines Kraftfahrzeureifens 10 dargestellt, in dem gezeigt ist, dass sowohl der Wirbelstromsensor 1 als auch der Ge schwindigkeitssensor 4 vorzugsweise im Schulterbereich der Innenschicht auf einer gemeinsamen Messspur 5 angeordnet ist.
  • Der Messwert des Wirbelstromsensors 1 wird einem Messrechener 3 zugeführt und dort einem Oszillator 6, der eine Verstärkung und Linearisierung des Signals vornimmt.
  • Die Messsignale des Geschwindigkeitssensors 4 werden einem Geschwindigkeitsmessverstärker 7 innerhalb des Messrechners 3 zugeleitet. Die Messsignale des Wirbelstromsensors werden einer Frequenz-analyse in einem Frequenzanalysator 16 unterzogen, wobei die Frequenz des Messsignals UW der Durchlauffrequenz der Stahlcordfäden entspricht. Die Frequenz wird mit dem Messsignal UV der Relativgeschwindigkeit V zusammengeführt und der Abstand A oder das Spacing wird daraus errechnet. In dem Messrechner 3 ist eine Kalibrierfunktion KF hinterlegt. Die Kalibrierfunktion KF wird errechnet, indem bei der Inbetriebnahme des Systems bzw. der Messmaschine einmalig eine Schar von Kalibrierwerten über den Bereich der anfallenden Spacings A mit den jeweiligen Stahlcordsorten S ermittelt wird.
  • Die Stahlcordsorte ist in der Regel bei laufender Produktion bekannt und meist einheitlich. Der Abstand oder das Spacing A wechselt jedoch von Dimension zu Dimension und in Abhängigkeit vom Radius der Messspur 5 zur Reifendrehachse. Während der Messung ermittelt der Messrechner 3 die Frequenz aus den Daten des Wirbelstromsensors 1, die Signale der Relativgeschwindigkeit V liefert ein Geschwindigkeitssensor 4, der auf der Messspur 5 des Wirbelstromsensors 1 angeordnet ist. Der Messrechner 3 errechnet den Zwischenraum oder das Spacing A, wählt aus der hinterlegten Kalibrierfunktion KF den zum Spacing A und Stahlcord S gehörenden Kalibrierwert K aus und errechnet aus dem Kalibrierwert K und dem gemessenen Abstand zu den Stahlcordfäden 2 den zutreffenden Schichtdickenwert SD. Somit erkennt die Schichtdicken-Messmaschine bei vorgegebenen Stahlcord S das Spacing A und berechnet automatisch die Schichtdicke SD. Ein Kalibrieren durch Messen gegen entsprechende Kalibrierplatten zwischen den Schichtdickenmessungen unterschiedlicher Reifendimensionen entfällt.
  • Grundsätzlich ist das beschriebene Verfahren bei allen Abstandsmessungen gegen Maschensysteme aus elektrisch leitenden Materialien einsetzbar, die in elektrisch nicht leitenden Materialien oder Medien eingebettet oder beschichtet sind und bei denen sich der Sensor relativ zum Messobjekt bewegt.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Kalibrierung einer Schichtdicken-Messmaschine für Produkte (10) mit periodisch angeordneten, elektrisch leitenden Einlagen (2), die mit einem elektrisch nicht leitenden Material beschichtet oder in ein solches Material eingebettet sind, bei dem ein Wirbelstromsensor (1) relativ zu dem Produkt (10) in einer festgelegten Entfernung bewegt wird und aus der Differenz der Entfernung des Wirbelstromsensors (1) zu dem Produkt (10) und der gemessenen Entfernung zu den Einlagen (2) die Schichtdicke (SD) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass über den Wirbelstromsensor (1) die Abstände (A) der Einlagen (2) zueinander bestimmt werden und der Schichtdickenwert (SD) in Abhängigkeit von den Abständen (A) der Einlagen (2) mit einem zugeordneten Kalibrierwert (K) kalibriert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Produkte (10) Kraftfahrzeugreifen und die Einlagen (2) ein Stahlcord sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Quotienten der Relativgeschwindigkeit (V) zwischen dem Produkt (10) und dem Wirbelstromsensor (1) und der Frequenz (F) der Meßsignale der Abstand (A) zwischen den Einlagen (2) und daraus deren Abmessungen bestimmt werden, wobei jedem Wert des Abstandes (A) eine Kalibrierfunktion (KF) zugeordnet und daraus der Kalibrierwert (K) errechnet wird.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierwerte (K) für eine Auswahl an Abständen (A) ermittelt und in einem Speicher (3), insbesondere in einem Meßrechner abgelegt wird.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke (SD) in einem Meßrechner (3) aus dem Kalibrierwert (K) und der Differenz der Entfernung des Wirbelstromsensors (1) zu dem Produkt (10) und der gemessenen Entfernung zu den Einlagen (2) bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativgeschwindigkeit (V) mit einem Geschwindigkeitssensor (4) ermittelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Geschwindigkeitssensor (4) und der Wirbelstromsensor (1) auf einer gemeinsamen Meßspur (5) angeordnet sind.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativgeschwindigkeit (V) aus der Drehzahl der Kraftfahrzeugreifens (10) und dem Radius (R) des Wirbelstromsensors (1) zu der Drehachse der Kraftfahrzeugreifens (10) bestimmt wird.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schar von Kalibrierwerten (K) über den Bereich der anfallenden Abstände (A) für die jeweiligen Materialien ermittelt und daraus die Kalibrierfunktion (KF) errechnet wird.
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