DE1673888B2 - Verfahren zum Abgleich einer Vorrichtung zur Prüfung der Dicke einer Schicht über einer metallischen Unterlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleich einer Vorrichtung zur Prüfung der Dicke einer Schicht über einer metallischen Unterlage, wobei mindestens zwei je in einen Wechselstrom-Meßkreis geschaltete induktive Meßfühler der Schicht angenähert werden, die Ausgangssignale der Meßkreise verglichen und ein vom Vergleich abhängiges Meßsignal erzeugt wird.

Ein Verfahren zur Prüfung der Dicke einer Schicht über einer metallischen Unterlage, welches an sich eine hohe Empfindlichkeit der Messung erlaubt, ist bekannt aus der US-PS 25 81 394. Es ist jedoch keine einfache Möglichkeit zum Nullabgleich der Meßvorrichtung angegeben. Eine einfache Abgleichmöglichkeit ist jedoch entscheidend, wenn es z. B. darum geht, die Gleichmäßigkeit der Dicke der Isolation an einem einen Extruder verlassenden Kabel zu messen. Da das Kabel auch an der Meßstelle noch eine erhebliche Temperatur aufweist, ist mindestens jeweils bei Aufnahme der Messung mit starken Nullpunktverschiebungen zu rechnen, die einen Nachabgleich in relativ kurzen Abständen erforderlich machen. Dabei soll der Abgleich vorgenommen werden können, ohne die Produktion des zu prüfenden Objektes, beispielsweise Kabels, zu unterbrechen.

Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, ein Prüfverfahren zu schaffen, welches einen einfachen und zuverlässigen Abgleich auch während des Betriebs einer Produktionsanlage gestattet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß alle Meßspulen jeweils gleichzeitig soweit von der Schicht bzw. der metallischen Unterlage entfernt werden, daß die Meßspulen sich außerhalb des Einflußbereiches der

ίο metallischen Unterlage befinden, daß bei entfernten Meßspulen die Anzeige des Meßsignals auf Null abgeglichen wird, und daß dann die Meßspulen wieder der Schicht angenähert werden. Es hat sich gezeigt, daß diese Art des Abgleichs sehr zuverlässig ist, wenn induktive Meßfühler, also Meßspulen vorgesehen sind, weil es möglich ist, durch Entfernung derselben vom Meßobjekt in allen vorhandenen Meßspulen praktisch jeden Einfluß von in der Umgebung vorhandenen Metallteilen aufzuheben. Das Entfernen bzw. Abheben der Meßspulen vom Meßobjekt kann einfach durchgeführt werden, wobei es keine Rolle spielt, ob das Meßobjekt, wie z. B. ein den Extruder verlassendes Kabel, ständig bewegt ist, oder ob das Meßobjekt stillsteht

Es ist zwar bekannt, im Falle einer kapazitiven Messung mittels gegen das zu prüfende Objekt anliegender Elektroden den Abgleich dann vorzunehmen, wer.n das Objekt von den an sich in fester gegenseitiger Lage angeordneten Elektroden entfernt ist, d. h„ wenn kein Objekt vorhanden ist (GB-PS 7 61241). Es ist jedoch praktisch unmöglich, einen Nachabgleich vorzunehmen, indem das Meßobjekt, ζ. Β. ein an den Elektroden vorbeilaufendes Kabel während des Herstellungsprozesses in Bewegung ist. Es wäre aber auch unmöglich, kapazitive Fühler vom Meßobjekt abzuheben und dann den Abgleich vorzunehmen, weil es praktisch unmöglich ist, daß bei der Entfernung alle Meßelektroden die gleiche Kapazitätsänderung erfahren.

Es ist an sich bekannt, einen Meßfühler zur Messung der Isolationsdicke an einem soeben fabrizierten Kabel vom Kabel abhebbar aufzuhängen (US-PS 28 72 640). Diese Anordnung hat jedoch nichts mit einem Abgleich bei abgehobenem Fühler zu tun sondern dient nur dem Zweck, das Einziehen des zu prüfenden Kabels zu erleichtern und die Meßvorrichtung für Kabel verschiedenen Durchmessers zu verwenden.

Ferner ist aus der Zeitschrift »Metall« Mai 1953, Heft 9/10, Seiten 320—324 bekannt, daß ein induktiver

so Meßfühler bereits bei einer Entfernung von etwa 1 cm vom beeinflussenden Metallteil praktisch nicht mehr beeinflußt wird. Damit war jedoch nicht die Erkenntnis gegeben, daß bei Anwendung zweier gleichartiger Meßspulen durch Entfernen derselben vom Meßobjekt ein korrekter Abgleich möglich ist.

Im folgenden ist die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele einer Kabelprüfvorrichtung, bei welcher gemäß der Erfindung abgeglichen bzw. geeicht wird, näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Blockschema der elektrischen Ausrüstung,

Fig.2 zeigt eine schematische Stirnansicht einer ersten Prüfvorrichtung,

F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig.2,

Fig.4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Vorrichtung,

F i g. 5 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung

nach F i g. 4,

F i g. 6 zeigt die Aufhängung eines Meßaggregats im Gehäuse,

F i g. 7 zeigt eine Teilstirnansicht der Vorrichtung mit in Eichstellung zurückgezogenen Meßaggregaten und

Fig.8 zeigt die Eichschaltung eines Anzeigeinstruments.

Die Prüfvorrichtung weist drei Meßköpfe 3, 4 und 5 auf, die in rohrförmigen Haltern radial einsteilbar gehalten sind. Die Halter sind in einem oben offenen Träger angeordnet, der auf einer geeigneten Unterlage, zum Beispiel auf einem nicht dargestellten Gehäuse zur Aufnahme der übrigen, unten beschriebenen elektronischen Ausrüstung, angeordnet ist Jeder Meßkopf 3—5 weist am inneren, freien Ende eine Auflage 6 mit einer Führungsnut 7 zur Aufnahme eines zu prüfenden, axial durch die Vorrichtung durchlaufenden Kabels 1 auf. Alle Meßköpfe ragen mit ihren Auflagen und Führungen 6,7 etwas über die Achse des Trägers 2 hinaus, derart daß ein durchgeführtes Kabel oder ein Draht leicht zick-zack-förmig verläuft und unter dem in ihm wirkenden Zug sicher seitlich gegen die Auflagen, beziehungsweise Führungsnuten, angelegt wird. Diese Anordnung ist nur möglich, wenn die Meßköpfe auch in Axialrichtung oder Durchlaufrichtung der Vorrichtung versetzt angeordnet sind, wie F i g. 3 zeigt.

In jedem der Meßköpfe 3—5 sind gleichartige Meßoszillatoren untergebracht, die je eine hinter der Auflage angeordnete Spulen aufweisen, die in einem frequenzbestimmenden Schwingkreis des Oszillators liegt. Bei schwingendem Oszillator durchdringt das i⁷eld jeder Spule die vorzugsweise aus nichtleitendem Material bestehende Auflage und das darüberlaufende Kabel oder ähnliche Prüfobjekt, wobei in an sich bekannter Weise die Rückwirkung des Kabelleiters auf das Spulenfeld, beziehungsweise die Spule, und schließlich die Oszillatorfrequenz von der Distanz des Kabelleiters von der Oszillator- oder Meßspule abhängig ist. Diese Distanz ist wiederum abhängig von der Dicke der Kabelisolation, die zwischen dem Leiter und der Auflage des Meßkopfcs liegt. Die Oszillatorfrequenz stellt daher ein Maß für die Isolationsdicke auf der dem Meßkopf zugewandten Seile des Kabels dar.

In Fig. 1 sind die in den Meßköpfen 3—5 untergebrachten Meßoszillatoren schematisch dargestellt und mit 111 — 113 bezeichnet. Die Ausgänge der Oszillatoren 111 und 112, die in den um 90° versetzt angeordneten Meßköpfen 3 und 4 untergebracht sind, sind je mit einem Eingang einer Mischstufe 114 bzw. 115 verbunden. Die beiden anderen Eingänge dieser Mischstufen sind mit dem Ausgang des Oszillators 113 verbunden. Die Ausgänge beider Mischstufen 114 und

115 sind mit je einer Auswertungsvorrichtung 116 bzw. 117 mit Anzeigeinstrument verbunden. Diese Auswertungsvorrichtung sind Frequenzmesser, die eine der Frequenz entsprechende Analoggröße anzeigen. Alle vorhandenen elektronischen Einheiten sind in verschiedenen brauchbaren Ausführungen an sich bekannt und bedürfen daher keiner besonderen Erläuterung. Es sei lediglich erwähnt, daß die Auswertungsvorrichtungen

116 und 117 vorzugsweise einstellbare Gegenspannungsquellen aufweisen, mittels welchen die Meßinstrumente ohne Meß- oder Eichobjekt auf Null gebracht werden können, damit sie Abweichungen vom Sollwert nach Größe und Richtung anzeigen.

Bei längeren Messungen mit während der Messung sich ändernden Bedingungen ist es oft sehr erwünscht eine Eichung vorzunehmen. Diese Aufgabe kann nur dadurch gelöst werden, daß man während der Prüfung vorübergehend den Einfluß des Objekts auf die Oszillatorfrequenzen aufhebt und in diesem Zustand eine Eichung der Anzeige vornimmt Die Fig.4—8

zeigen ein Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Meßvorrichtung, durch die es möglich ist jederzeit während der Messung die Meßaggregate von dem zu prüfenden durchlaufenden Objekt abzuheben, die gegebenenfalls erforderliche Eichung unverzüglich

ίο vorzunehmen und dann die Meßaggregate wieder an das zu prüfende Objekt anzulegen. Zur Erleichterung der Eichung kann man die Eichung vorzugsweise im Stromkreis eines oder mehrerer Anzeigeinstrumente vornehmen, sodaß an den Oszillatoren keine Einstellung vorgenommen werden muß.

Wie die F i g. 5 und 6 zeigen sind die Meßaggregate 3, 4 und 5 je mitteis einer Parallelogrammaufhängung mit Parallelogrammarmen 13 und 14 mit dem Gehäuse verbunden. Die unteren Gelenke der Arme 13 und 14 sind mit Zylindern 15 verschraubt. Diese Zylinder 15 sind mit einer Platte 16 verschweißt die ihrerseits mit an der Gehäusewand angeschweißten Leisten 17 verschraubt ist. Die Meßaggregate 3, 4 und 5 ragen mit Spiel durch öffnungen 18 des Gehäuses durch, sodaß sie bei ihrer später beschriebenen Verstellung nicht nur in radialer Richtung, sondern auch etwas quer dazu bewegt werden können.

An jedem Meßaggregat greift eine Zugfeder 19 an, die es in die in Fig.4 bis 6 dargestellte Meßstellung zieht. Diese Stellung ist dabei bestimmt durch eine an jedem Aggregat angreifende Drahtlitze 20, die über eine Umlenkrolle 21 auf eine Scheibe 22 geführt und an derselben festgeklemmt ist. Alle den Meßaggregaten 3 bis 5 zugeordneten Scheiben 22 sind auf einer gemeinsamen Welle 23 befestigt, die an der in Fig.4 vorne liegenden Stirnseite herausragt und mit einem Handgriff oder Handhebel 24 versehen ist. Im Bewegungsbereich des Handhebels 24 ist an der Vorderseite des Gehäuses; eine federbelastete Klinke 25 angeordnet, an welcher der Hebel in einer unteren Endstellung automatisch verriegelt wird.

Auf der Welle 23 ist mittels einer Nabe 26 ein Arm 27 befestigt, der mittels einer Lasche 28 mit einem Stößel 29 gekuppelt ist. Der Stößel 29 ist in einer Büchse 30 verschiebbar geführt und liegt bei der in Fig. 5 dargestellten Meßstellung der Vorrichtung mit seiner Stirnseite gegen eine Anschlagschraube 31 an, die mittels einer gerändelten Stellschraube 32 axial verstellt werden kann. Diese Einstell- und Anschlagvorrichtung ist in einem mit dem Gehäuse verschweißten Tubus 33 angeordnet.

Die Meßaggregate weisen seitlich der Auflageplatte 6 je zwei Fangstifte oder Fangarme 34 auf, die einem später beschriebenen Zweck dienen.

F i g. 8 zeigt die einem Anzeigeinstrument, beispielsweise dem Anzeigeinstrument 8 zugeordnete Eichschaltung. Die Eingangsklemmen 35 dieser Eichschaltung sind mit dem Gleichstromausgang des Frequenzmessers bzw. Diskriminators verbunden, welcher von der einen Überlagerungsfrequenz zweier Meßaggregate gespeist wird. An diesem Eingang erscheint somit eine Spannung die von der Überlagerungsfrequenz zweier miteinander überlagerter Frequenzen abhängt. Mit den Eingangsklemmen 35 ist ein Potentiometer 36 verbunden, dessen Abgriff über einen Widerstand 37 mit dem Anzeigeinstrument 8 verbunden ist. Im Kompensationskreis speist eine nicht dargestellte Spannungsquelle ein Potentiometer 38, dessen Abgriff über einen Widerstand 39 mit dem

Instrument 8 verbunden ist. Der Ausgang des Frequenzmessers bzw. Diskriminators ist gleich gepolt, wie die Spannungsquelle, derart, daß durch Einstellung des Potentiometers 38 das Instrument 8 auf Nullanzeige gebracht werden kann (Fig.4). Die Empfindlichkeit ist mittels des Potentiometers 36 einstellbar.

Arbeitsweise und Bedienung der dargestellten Vorrichtung sind wie folgt: In der Meßstellung gemäß Fig.4 bis 6 wird das zu messende Objekt 1, beispielsweise ein Kabel, so über die Auflageplatte 6 der drei Meßaggregate geführt, daß das Meßobjekt in der in F i g. 6 angedeuteten Weise leicht gespannt im Zickzack über die drei Auflageplatten 6 geführt ist, sodaß stets ein sattes Anliegen des Objekts 1 in den Nuten 7 der Auflageplatten 6 sichergestellt ist. Vor Beginn der Messung ist eine Eichung der Vorrichtung derart vorgenommen worden, daß beide Instrumente 8 und 9 vor Einlegen des Meßobjekts 1 auf Null stehen. Bei dieser Eichung wird das Potentiometer 38 mittels des Bedienungsknopfes 10 bzw. II so verstellt, daß die Kompensationsspannung gleich ist der Ausgangsspannung des Diskriminators. Sind in dieser Weise beide Instrumente 8 und 9 auf Null gestellt, so kann die Messung beginnen. Treten während der Messung wesentliche Änderungen der Bedingungen, beispielsweise der Temperatur der Meßaggregate auf, oder besteht aus anderen Gründen der Verdacht, daß die Eichung nicht mehr stimmen könnte, kann jederzeit eine Nacheichung erfolgen. Zu diesem Zweck wird der Hebel 24 aus der in Fig.4 dargestellten Lage räch unten verschwenkt und an der Klinke 25 verriegelt. Damit wird eine Drehung der Welle 23 im Gegenuhrzeigersinn bewirkt, wodurch alle Kabel 20 auf die Scheiben 22 aufgewickelt werden und die Meßaggregate in die in Fig.7 dargestellte Lage zurückziehen, in welcher sie soweit von Meßobjekt 1 entfernt sind, daß dieses Objekt keinen Einfluß mehr auf die Meßaggregate ausübt. Bei dieser Stellung der Meßaggregate wird nun in der oben bereits erwähnten Weise eine eventuell erforderliche Nachsicherung vorgenommen. Diese Eichung erfordert sehr wenig Zeit und sobald sie erfolgt ist, wird die Klinke 25 ausgerückt und der Hebel 24 in die dargestellte Lage nach oben gelassen. Dabei bewegt sich der Stößel 29 der bei der oben beschriebenen Drehung der Welle 23 im Gegenuhrzeigersinn nach rechts unten bewegt worden ist, wieder zurück, bis er die dargestellte Endlage erreicht, wodurch die ursprüng-

liehe Meßstellung der Meßaggregate 3 bis 5 wieder erreicht ist. Beim Einrücken der Meßaggregal; in die Meßstellung erfassen die Fangarme 34 mit Sicherheit das Meßobjekt I und führen es in die Nut 7 der zugeordneten Auflageplatte 6. Die Zeit während

welcher zwecks Überprüfung und eventueller Nachstellung der Eichung die räeSaggregate 3 bis 5 vom Meßobjekt 1 entfernt werden müssen ist verhältnismäßig kurz und es kann unter normalen Umständen nicht vorkommen, daß während dieser kurzen Zeit Unregel-

mäßigkeiten in der Fabrikation vorkommen, die erfasst werden sollen.

Die Möglichkeit, die Meßaggregate aus der Meßstellung in eine unwirksame Stellung zurückzuziehen erlaubt nicht nur die rasche Nacheichung des Gerätes während der Messung, sondern kann auch das Einziehen eines neuen Meßobjekts erleichtern, indem dieses Meßobjekt gemäß Fig.7 einfach zwischen den Fangarmen 34 durchgeführt werden muß und beim Zurückverschieben der Meßaggregate in die Meßstellung automatisch richtig in die Nuten 7 eingelegt wird. Die Meßstellung der Meßaggregate kann dabei durch Einstellen der Anschlagschraube 31 mittels der Einstellschraube 32 dem Durchmesser des zu prüfenden Objekts 1 angepaßt werden.

Anstelle der oben beschriebenen Eichung mittels zweier Kreise gemäß Fig.8, kann die Eichung der Vorrichtung auch durch Nachstellung der Frequenz mindestens eines Oszillators erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abgleich einer Vorrichtung zur Prüfung der Dicke einer Schicht über einer metallischen Unterlage, wobei mindestens zwei je in einen Wechselstrom-Meßkreis geschaltete induktive Meßfühler der Schicht angenähert werden, die Ausgangssignale der Meßkreise verglichen und ein vom Vergleich abhängiges Meßsignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß alle Meßspulen jeweils gleichzeitig soweit von der Schicht bzw. der metallischen Unterlage entfernt werden, daß die Meßspulen sich außerhalb des Einflußbereiches der metallischen Unterlage befinden, daß bei entfernten Meßspulen die Anzeige des Meßsignals auf NuU abgeglichen wird, und daß dann die Meßspulen wieder der Schicht angenähert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, zum Abgleich einer Vorrichtung zur Prüfung der Exzentrizität der Ummantelung eines zylindrischen Körpers, insbesondere der Isolation eines Kabels oder Drahtes, wobei die Meßfühler von drei Meßkreisen in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind und wobei die Ausgangssignale von zwei Meßkreisen je mit demjenigen des dritten Meßkreises verglichen werden, und wobei aus den beiden durch Vergleich ermittelten Meßsignalen auf Dickenunterschiede der Isolationsschicht geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Meßfühler zusammen abgehoben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Meßspulen die Frequenzen von Meßoszillatoren beeinflußt werden, wobei die Frequenzen überlagert und ein der Überlagerungsfrequenz entsprechendes Meßsignal abgeglichen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Abgleich im Stromkreis eines oder mehrerer Gleichstrom-Anzeigeinstrumente (8,9) vornimmt.