DE1229739B - Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Durchmessers eines duennen Drahtes - Google Patents

Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Durchmessers eines duennen Drahtes

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DE1229739B
DE1229739B DEB75530A DEB0075530A DE1229739B DE 1229739 B DE1229739 B DE 1229739B DE B75530 A DEB75530 A DE B75530A DE B0075530 A DEB0075530 A DE B0075530A DE 1229739 B DE1229739 B DE 1229739B
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light
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sev
optical axis
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Bruno Boehm
Dipl-Phys Joachim Rienitz
Dipl-Phys Siegfried Schmidt
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Bundesrepublik Deutschland
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Description

  • Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Durchmessers eines dünnen Drahtes Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontiumeilichen Bestimmung des Durchmessers eines sehr dünnen, vorzugsweise durchlaufenden Drahtes mittels gebeugter Lichtwellen, wobei der zu messende Draht mittels eines in einer Beleuchtungseinrichtung erzeugten monochromatischen Parallel-Strahlenbündels beleuchtet wird und die vom Draht hervorgerufenen Beugungsfiguren des Strahlenbündels ausgewertet werden.
  • Es ist bereits bekannt, zur Bestimmung des Durchmessers eines dünnen Drahtstückes dieses mit einem monochromatischen Parallelstrahlenbündel zu beleuchten, das durch einen gegenüber dem Drahtdurchmesser großen, parallel zur Drahtachse waagerecht liegenden Spalt in einem Schirm hindurchgegangen ist. Die dabei am Draht abgebeugten Lichtstrahlen gehen in einem weitgeöffneten Bündel aus.
  • Bringt man das Auge ziemlich dicht hinter den Draht außerhalb des direkt beleuchtenden Strahlenbündels, dann glaubt man beim Auf- und Abwärtsbewegen des Kopfes auf dem Schirm leine Folge waagerechter, heller und dunkler Streifen zu sehen. Auf einen bestimmten, beispielsweise den zehnten dunklen Streifen stellt man nun eine auf dem Schirm bewegliche Marke ein. Aus dem Abstand der Marke von der Spaltmitte, dem Abstand des Drahtes von dem Schirm und der Wellenlänge des Lichtes kann man dann den Drahtdurchmesser bestimmen.
  • Weiterhin hat man zur Bestimmung des Drahtdurchmessers die Beugungserscheinungen auf einem konzentrisch um den Draht herumgelegten fotografischen Film festgehalten. Aus einem Vergleich der Winkellage der dunklen Streifen auf dem entwickelten Film und auf einem Film, der bei Beleuchtung eines Drahtes mit einem bekannten Normdurchmesser gewonnen wurde, läßt sich die Abweichung vom Normdurchmesser errechnen.
  • Diese Verfahren sind jedoch vergleichsweise umständlich und zeitraubend und zudem nur bei ruhenden Fäden anwendbar.
  • Es ist auch bereits eine Vorrichtung zur Bestimmung des Durchmessers eines Drahtes bekannt, bei der der Draht mittels einer Lichtquelle über zwei übereinander und waagerecht gegeneinander versetzte Spalte beleuchtet wird. Die dann übereinander auftretenden Beugungserscheinungen werden auf einem Schirm aufgefangen, und der gesuchte Durchmesser des Drahtes läßt sich dann unter Berücksichtigung einer mathematischen Beziehung des Abstandes der beiden Spalte von dem zu vermessenden Draht und der gegenseitigen Lage verschiedener Minima der beiden Beugungserscheinungen ausrechnen. Im ein- fachsten Fall muß der erwähnte Abstand zwischen den Spalten und dem Draht so lange verändert werden, bis die beiden ersten Minima übereinanderstehen. Der Abstand in Zentimetern ergibt dann den gesuchten Durchmesser des Drahtes in Mikron.
  • Zur Bestimmung des Durchmessers eines laufenden Drahtes ist diese bekannte Vorrichtung demnach praktisch nicht geeignet, da die jeweils zu vermessende Stelle auf Grund ihres Vorschubs sich längst aus dem Meßfeld entfernt hat, ehe die Bedienungsperson der Vorrichtung den Abstand zwischen den Spalten und dem Draht so verändert hat, daß die beiden ersten Minima ubereinanderstehen.
  • Ferner ist ein Gerät zum Messen der sichtbaren Querabmessung eines der Länge nach durchlaufenden Gegenstandes, z. B. eines Drahtes, eines Kabels, eines Rohres oder eines Bandes, bekannt, bei dem von einer Lichtquelle zwei Lichtstrahlen abgezweigt werden, von denen der eine einen Gegenstand mit dem Soll-Durchmesser beleuchtet, während der andere einen durchlaufenden Gegenstand mit dem Ist-Durchmesser anstrahlt. Die Bilder der beiden Gegenstände werden auf je eine Blende abgebildet und mittels einer drehbaren Verschlußscheibe abwechselnd auf eine Fotozelle gerichtet, deren Ausgang über einen Verstärker an ein Meßgerät geführt ist.
  • Dieses zuletzt erwähnte Gerät ist zwar zur Bestimmung des Durchmessers von durchlaufenden Gegenständen bestimmt, doch da es hierzu direktes Licht verwendet, ist es zur Durchmesserbestimmung von dünnen Drähten absolut nicht geeignet. Bei Drähten oder Fäden von z. B 2 bis 3 CL Durchmesser kann der auf der Fotozelle abzubildende Spalt nicht mehr so bemessen werden, daß vernünftige Lichtquantitäten erzeugt werden, diesausmeßbar sind. Der in Kauf zu nehmende Fehler würde zu groß werden, so daß von einer Durchinesserbestimmung nicht mehr die Rede sein könnte.
  • Demgegenüber wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin gesehen, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der der Durchmesser eines dünnen, vorzugsweise durchlaufenden Drahtes kontinuierlich und genau bestimmt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in zwei bestimmten Winkeln gegenüber der optischen Achse der Beleuchtungseinrichtung gebeugten Lichtintensitäten durch eine an sich bekannte Einrichtung auf einen lichtelektrischen Empfänger geworfen werden und daß der Quotient der zeitlich nacheinander gemessenen Ausgangsspannungen des lichtelektrischen Empfängers gebildet wird.
  • Auf diese Weise wird unter geringem baulichem Aufwand eine sehr genaue Messung des Durchmessers sowohl eines bewegten als auch eines stehenden, sehr dünnen Drahtes ermöglicht.
  • Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der zu messende Draht abwechselnd mit Licht zweier unterschiedlicher Wellenlängen beleuchtet, und die unter einem bestimmten Winkel zur optischen Achse des Beleuchtungssystems abgebeugten Lichtintensitäten werden auf den lichtelektrischen Empfänger geworfen.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 die Abhängigkeit der Intensität 1 des gebeugten Lichtes vom Beugungswinkel a, F i g. 2 und 3 zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, F i g. 4 eine Anordnung zur Anzeige des Meßergebnisses.
  • Man erhält die in Fig. 1 dargestellte Abhängigkeit der Intensität 1 des gebeugten Lichts vom Beugungswinkel a beispielsweise dadurch, daß man eine Photozelle, die hinter einem zum Faden parallelen Spalt angeordnet ist, auf einem Kreis vom Radius r um den Faden herumführt.
  • Die punktierte Kurve stellt gegenüber der ausgezogenen entweder das Beugungsbild für einen Faden etwas größeren Durchmessers bei der gleichen Wellenlänge oder das Beugungsbild des gleichen Fadens bei einer etwas kleineren Wellenlänge 22 dar.
  • Der Quotient der bei zwei voneinander verschiedenen Beugungswinkeln al und a2 zeitlich nacheinander gemessenen IntensitätenIl und I2 stellt ein Maß für den Durchmesser des Fadens dar. Man erkennt dies, wenn man die zweite Kurve in der beschriebenen Weise als Beugungsbild eines Fadens von etwas anderem Durchmesser deutet, denn hier ist der Quotient der unter denselben Winkeln al und a2 gemessenen IntensitätenIl' und 12' ein anderer.
  • Deutet man andererseits die zweite Kurve als Beugungsbild des gleichen Fadens bei kleinerer Wellenlänge 22, so stellt, wenn die beleuchtende Wellenlänge periodisch geändert wird und nur unter einem festen Winkel abgetastet wird, der Quotient der Intensitätenl; und I1' ein Maß für den Fadendurchmesser dar.
  • An Hand der Fig.2 und 3 sind im folgenden Ausführungsformen der Erfindung erläutert: Das Licht einer Lichtquelle L (F i g. 2), beispielsweise einer Quecksilberhöchstdrucklampe, wird durch einen Kondensor K gesammelt und parallel gemacht. E ist ein Filter oder eine Einrichtung mit gleicher Wirkung. Das Linsensystem L1 und L2 verringert den Durchmesser des Lichtbündels und vergrößert damit die Leuchtdichte. Die Blenden B1 und B2 sorgen dafür, daß der Öffnungswinkel des Bündes gering ist. Das so erzeugte schmale Lichtbündel trifft auf einen Faden oder Draht D und wird an ihm gebeugt. Das unter den Winkeln al und a2 gebeugte Licht tritt durch die Spalte S1 bzw. S2 hindurch. Der Spalt SL wird über eine Linse L;, die Spiegel 8p1 und 8p2 sowie über eine Linse L5 auf einen SekundärelektronenvervielfacherSEV abgebildet. Die Abbildung des Spaltes S2 auf dem gleichen Sekundärelektronenvervielfacher SEV wird durch die Linse L4, die Spiegel 8p4 und Sp3 sowie die Linse L5 bewirkt. LS ist eine rotierende Lochscheibe, deren Ebene senkrecht auf der Zeichenebene steht. Die Anordnung der Löcher ist so gewählt, daß in schnellem Wechsel das eine oder das andere Teilstrahlenbündel freigegeben wird.
  • Fig. 3 stellt eine Abbildung eines Teiles der in F i g. 2 dargestellten Anordnung mit Abtastung in nur einer Beugungsrichtung aO und der Beleuchtung durch Licht zweier Wellenlängen Aj und 22 dar. Hier wird ein Spalt S durch die Linse L3 direkt auf den Sekundärelektronenvervielfacher SEV abgebildet. An Stelle des Filters E in Fi g. 2 tritt dann ein rotierendes Filterpaar F.
  • Bei dem Verfahren gemäß Fig. 2 mit zwei Beugungsrichtungen al und a2 und einer Wellenlänge gibt die rotierende Lochscheibe L8 abwechselnd das eine oder das andere Teilstrahlenbündel frei, und der Sekundärelektronenvervielfacher SEV nimmt nacheinander die IntensitätenIl und 12 (Fig. 1) auf.
  • In gewissen Fällen kann es auch von Vorteil sein, bei der Abtastung in der ersten Beugungsrichtung den Draht mit Licht der Wellenlänge At, bei der Abtastung in Richtung a2 den Draht mit Licht der WellenlängeR2 zu beleuchten. In diesem Fall wird das Filter E durch das rotierende Filterpaar F ersetzt und dessen Umlauf mit dem Umlauf der Lochscheible LS synchronisiert.
  • Die Verfahren mit Abtastung in zwei verschiedenen Beugungsrichtungen können auch so durchgeführt werden, daß in dem Schemabild nach F i g. 2 die LichtquelLe mit zugehörigem Linsensystem und der SekundärelektronenvervielfacherSEV mit zugehörigem Linsensystem gegeneinander vertauscht werden, so daß der Faden abwechselnd in zwei verschiedenen Richtungen beleuchtet und das Beugungsbild in einer festen Richtung beobachtet wird.
  • Statt der rotierenden Loch- und Filterscheiben können auch andere Anordnungen mit gleicher Wirkung benutzt werden.
  • Bei jedem der beschriebenen drei Verfahren werden Sekund ärelektronenvervielfacher SEV jeweils zwei Lichtintensitäten I1 und 12 bzw. I1' und 12' nacheinander registriert. Aus diesen wird mit bekannten elektronischen Mitteln der Quotient gebildet, der nach einer geeigneten Eichung ein Maß für den Durchmesser des Fadens darstellt.
  • In F i g. 4 ist eine derartige Meßanordnung zur Quotientenbildung dargestellt. Bin Phasendiskriminator 1 ist eingangsseitig über eine Leitung 4 mit dem Sekundärelektronenvervielfacher SEV verbunden sowie über eine Synchronisierungsleitung 2 mit einem nicht dargestellten Synchronmotor, welcher die Lochscheibers antreibt. Der Ausgang des Phasendiskriminators 1 ist über die Leitung 5, 6 und 7 an ein Elektrodynamometer 3 angeschlossen, das so geeicht sein kann, daß unmittelbar der Durchmesser des vermessenen Drahtes abgelesen werden kann.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Durchmessers eines sehr dünnen, vorzugsweise durchlaufenden Drahtes mittels gebeugter Lichtwellen, wobei der zu messende Draht mittels eines in einer Beleuchtungseinrichtung erzeugten monochromatischen Parallel-Strahlenbündels beleuchtet wird und die vom Draht hervorgerufenen Beugungsfiguren des Strahlenbündels ausgewertet werden, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die in zwei bestimmten Winkeln (a1 und eX2) gegenüber der optischen Achse der Beleuchtungseinrichtung (L, K) gebeugten Lichtintensitäten durch eine an sich bekannte Einrichtung (LS, Sp1 bis Sp4) auf einen lichtelektrischen Empfänger (SEV) geworfen werden und daß der Quotient der zeitlich nacheinander gemessenen Ausgangsspannungen (I1, 12) des lichtelektrischen Empfängers (SEV) gebildet wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Drahtachse (D) in einem vorgegebenen Abstand ein gebogener Schirm angeordnet ist, der zwei parallel zur Drahtachse (D) gerichtete Lichtspalte (5, 82) außerhalb der optischen Achse des Beleuchtungssystems (L, K) aufweist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu messende Draht (D) abwechselnd mit Licht zweier unterschiedlicher Wellenlängen (Al und 22) beleuchtet wird und die unter einem bestimmten Winkel (a0) zur optischen Achse des Beleuchtungssystems (L, K) abgebeugten Lichtintensitäten auf den lichtelektrischen Empfänger (SEV) geworfen werden.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem (L, K) zur Erzeugung des Lichtes mit unterschiedlicher Wellenlänge (Al und 22) eine mit einer unter dem Beugungswinkel (ao) angeordnete Lochblende (LS) synchrongeschaltete rotierende Filterscheibe aufweist, die abwechselnd Filter der Wellenlänge i, und 22 in den Beleuchtungsstrahlengang bringt.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 827 123; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 099 184; Zeitschrift für angewandte Physik, 3, 1951, S. 242; Zeitschrift »The Journal of the Textile Institute«, Transactions, 1932, S. T55 bis T70.
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