DE19742177C2 - Verfahren zur Schlaglängenmessung an Kabeln - Google Patents

Description

Bei der Kabelfertigung stellt die Schlaglänge und deren prä­ zise Einhaltung im Fertigungsprozeß ein wichtiges Qualitäts­ merkmal dar. Die Schlaglänge ist dabei diejenige Länge in Richtung der Kabellängsachse, bei der sich miteinander ver­ drillte Adern eines Kabels einmal vollständig um die Kabel­ längsachse gedreht haben.

Bei Beginn einer Kabelfertigung ist die Schlaglänge nicht mit der erforderlichen Genauigkeit feststellbar, so daß die tat­ sächlich vorliegende Schlaglänge überprüft und ggf. korri­ giert werden muß. Dazu wird die Schlaglänge manuell mit Hilfe eines Maßbandes ausgemessen. Dies ist aber in der Produktion bei sich bewegenden Kabeln nur stichprobenartig und sehr un­ genau durchführbar.

Hinzu kommt, daß eine Variation von Produktionsparametern während einer laufenden Produktion die Schlaglänge in nicht vorhersehbarer Weise ändern kann. Auch in diesen Fall muß die Schlaglänge korrigiert werden.

Eine berührungslose Erfassung der Schlaglänge unmittelbar an einer Produktionsanlage, normalerweise einer Verseilanlage, war bisher technisch nicht möglich.

Bei Kabeln mit verdrillten Adern kann sich die Drehrichtung der Adern um die Kabellängsachse ändern. Die Stellen der Drehrichtungsänderung werden Schlagumkehrpunkte genannt. Die Markierung der Schlagumkehrpunkte auf dem Kabelmantel wird von Kunden wegen der verbesserten Auftrennbarkeit der Kabel an diesen Stellen gefordert.

Die Erfassung der Schlagumkehrpunkte zur Markierung derselben auf dem Kabelmantel wird zur Zeit noch nicht durchgeführt.

In DE 36 41 816 A1 wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung und/oder Überwachung von Eigenschaften von Garnen und Seilen beschrieben, deren Aufgabe es ist, Eigenschaften von ruhenden oder bewegten Garnen oder Seilen berührungslos, zerstörungsfrei und markierungsfrei bei der Fertigung, der Verarbeitung und/oder der Verwendung mit großer Genauigkeit kontinuierlich zu messen beziehungsweise zu überwachen.

Aufgabe der Erfindung ist die berührungslose Feststellung der Schlaglänge sich bewegender Kabel.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.

Für das erfindungsgemäße Verfahren wird die Tatsache ausge­ nutzt, daß jedes Kabel mit mehreren verdrillten Adern min­ destens eine Ader enthält, die sich durch eine spezielle Farbcodierung von den anderen Adern unterscheidet. Mit einer Halbleiterkamera ist es bei geeigneter Wahl der Verschlußzei­ ten möglich, scharfe Bilder von sich bewegenden Kabeln aufzu­ nehmen. Durch on-line-Auswertung dieser Bilder mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems können unter Ausnutzung der regelmäßig wiederkehrenden Farbmuster des verdrillten Aderstrangs alle interessierenden Größen ermittelt werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können sowohl die Schlaglänge als auch, falls vorhanden, die Schlagumkehrpunkte im laufenden Betrieb bei sich bewegenden Kabeln kontinuier­ lich mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Damit ist es mög­ lich, die Einstellung der Schlaglänge kontinuierlich zu über­ prüfen und Änderungen der Schlaglänge in einfacher Weise zu überwachen. Dadurch wird beispielsweise auch die automatische Regelung der Schlaglänge möglich.

Die beschriebene Meßeinrichtung besitzt weiterhin den Vor­ teil, daß sie sich ohne großen Aufwand in bestehende Produk­ tionslinien, beispielsweise an Verseilanlagen, einbauen läßt. Darüber hinaus kann das Verfahren bei verschiedenen Kabelty­ pen, beispielsweise Lichtwellenleiter(LWL)- oder Kupferka­ bel, beliebiger Dicke eingesetzt werden.

Das Verfahren kann sowohl bei einfach verseilten Kabeln als auch bei Kabeln mit Schlagumkehr benutzt werden.

Zusätzlich läßt sich das Verfahren weitgehend automatisch an neue Kabeltypen anpassen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kamera auf einer farbempfindli­ chen 3-Chip-CCD (= Charged Coupled Device)-Technik aufbaut. Dadurch wird eine ausreichende Bildauflösung, auch bei mehre­ ren farbig codierten Adern, gewährleistet.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kamera Verschlußzeiten im Be­ reich von 0,1 ms-1 ms oder weniger besitzt. Im Bereich dieser Verschlußzeiten ist in Verbindung mit der 3-Chip-CCD- Technik eine ausreichende Meßgenauigkeit erreichbar.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Bildfeld der Kamera durch Beleuchtungseinheiten erhellt wird. Dadurch wird der Farbkontrast der farbcodierten Adern hervorgehoben und so die Meßgenauigkeit gesteigert.

Es ist vorteilhaft, wenn die Bildverarbeitungseinheit aus einem Personal-Computer mit Grafikkarte besteht, so daß in preisgünstiger Weise eine on-line-Auswertung der gelieferten Bilder möglich ist. Dadurch kann beispielsweise der Produkti­ onsprozeß einer Verseilanlage kontinuierlich überwacht werden und gesteuert werden.

Die Bildauswertung kann beispielsweise durch die Abfolge

• a) Transformation des RGB (= Rot-Grün-Blau)- Kamerabildes in die HSI (= Farbart-Farbsättigung- Intensität)-Darstellung,
• b) Kombination mehrerer in einem zeitlichen Abstand aufgenommenen Teilbilder zu einem Vollbild,
• c) Aufsummierung der Zahl der Bildpunkte einer voreingestellten Farbe entlang von Linien, die dem Steigungswinkel der Adern im Kabel entsprechen,
• d) Aufsummierung der entstandenen Projektionsverktoren und Bestimmung von Zahl und Richtung der in einem Bild sichtbaren Schläge,
• e) Kombination der Ergebnisse von mehreren Bildern aus d) zu einem Gesamtmodell und Bestimmung der Schlagumkehrpunkte,
• f) statistische Auswertung der Einzelergebnisse vieler Bilder,

oder durch eine Teilfolge aus a)-f) gekennzeichnet sein. Bei dieser Bildauswertung muß mindestens ein vollständiger Schlag im Bildfeld der Kamera liegen.

Die so charakterisierte Bildauswertung besitzt den Vorteil, daß auf eine Verwendung teurer Stroboskopblitzgeräte verzich­ tet werden kann.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Kabel mit verdrillten Adern, Fig. 2 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht ein Kabel 1 mit verdrillten Adern, bei dem eine Ader 11 farbcodiert ist. Die Schlaglänge L ist diejenige Länge, bei der die verdrillten Adern sich einmal vollständig um die Kabellängsachse gedreht haben.

Fig. 2 zeigt in Seitenansicht das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Kabel 1 mit mindestens einer farbcodierten Ader 11, wobei das Kabel 1 mit oder Schlagumkehr versehen ist. Das Ka­ bel 1 wird in einer Verseilanlage in seiner Längsrichtung be­ wegt. Eine Halbleiterkamera 2, die oberhalb des Kabels 1 mon­ tiert ist, nimmt Bilder des sich bewegenden Kabels 1 auf und gibt diese an einen als Bildverarbeitungseinheit 3 arbeiten­ den Personal Computer mit Grafikkarte weiter. Das Kabel 1 wird zur Kontrasterhöhung im Bildfeld der Halbleiterkamera 2 von Beleuchtungseinrichtungen 4 angestrahlt.

In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Halbleiterfarbkamera in 3-Chip-CCD-Technik vom Typ Sony XC-003P verwendet, die sich durch Bildqualität, elektronischen Verschluß bis 0,1 ms, Auflösung 752.582 Pixel, Restartfähigkeit, Kompaktheit so­ wie durch einen sehr günstigen Kaufpreis auszeichnet. In die­ sem Beispiel wird die Halbleiterkamera 2 mit einer Verschluß­ zeit von 1 ms, Field-Integration und Vollbildmodus betrieben. Bei einer Optik mit 10 mm Brennweite und einem Abstand Halb­ leiterkamera 2 - Kabel 1 von 660 mm beträgt das Bildfeld ho­ rizontal 310 mm und damit die Auflösung 2,5 Bildpunkte pro mm. Für Messungen mit Lichtwellenleiterkabeln (LWL-Kabeln) wird ein Bildfeld von 400 mm mit einer entsprechend geringeren Auflösung gewählt. Das Kabel 1 im Bildfeld der Halblei­ terkamera 2 wird durch eine Beleuchtungseinrichtung 4 in Form von zwei Wechselstrom-Halogenlampen mit je 1000 W Leistung angestrahlt; der Lichteinfallswinkel gegenüber der optischen Achse der Halbleiterkamera 2 beträgt 40 Grad. Durch Verwen­ dung von Gleichstromversorgung der Lampen und durch Reflekto­ ren mit besserer Lichtcharakteristik (Reduzierung der Lei­ stungsaufnahme) läßt sich die Ausleuchtung weiter verbessern.

Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird das erfin­ dungsgemäße Verfahren auf eine Verseilanlage angewendet. Da­ mit Freiräume neben den Verseilanlagen erhalten bleiben, ist die Halbleiterkamera senkrecht über dem Kabel 1 angebracht. Bei dieser Kameraanordnung muß beim Einsatz darauf geachtet werden, daß durch Andruckrollen die Schwingungsamplituden in Richtung der optischen Achse im Kameragesichtsfeld nicht größer als 3 mm werden, da sich sonst Maßstabsänderungen auf das Meßergebnis auswirken können.

Die von der Halbleiterkamera 2 aufgenommenen Bilder werden on-line an eine Bildverarbeitungseinheit 3 weitergegeben, die hier aus einem Personal Computer mit einer Grafikkarte mit ISA-Anschluß ohne besondere Beschleunigerhardware besteht. Damit lassen sich Kabelgeschwindigkeiten bis 25 m/min verar­ beiten. Begrenzend wirken sich dabei die Rechenleistung des PC und die Datentransferleistung des ISA-Busses aus. Höhere Geschwindigkeiten sind durch moderne, trotzdem noch kosten­ günstige Komponenten möglich, beispielsweise leistungsfähi­ gere Grafikkarten oder schnellere Personal Computer.

Die Bildauswertung erfolgt in folgenden Stufen:

• a) Transformation des RGB-Kamerabildes in die HSI-Darstel­ lung,
• b) Kombination der zwei im zeitlichen Abstand von 20 msec aufgenommenen Halbbilder zu einem Vollbild mit maximaler Auflösung durch Verschiebung in X- und Y-Richtung.
• c) Aufsummierung der Zahl der Bildpunkte einer voreinge­ stellten Farbe entlang von Linien, die dem Steigungswin­ kel der Adern 11 im Kabel 1 entsprechen. Bei dem hier verwendeten Kabel 1 mit Schlagumkehr Durchführung dieser Operation zweimal in den beiden möglichen Steigungsrich­ tungen.
• d) Auswertung der durch die Aufsummierung entstandenen Pro­ jektionsfaktoren durch Maximumsuche und Schwerpunktsbil­ dung. Ergebnis ist die Zahl, der Ort und die Richtung der in einem Bild sichtbaren Schläge.
• e) Kombination der Ergebnisse von mehreren Bildern zu einem Gesamtmodell des Kabels und Bestimmung der Schlagumkehr­ punkte.
• f) Statistische Auswertung der Einzelergebnisse vieler Bil­ der, z. B. Berechnung der mittleren Schlaglänge L der letzten 10 Meter des Kabels.

Mit dieser Meßmethode ergeben sich folgende Reproduzierbar­ keiten der Meßwerte:

• a) Reproduzierbarkeit der Schlaglänge L, LWL-Kabel, Bild­ feld 400 mm, Mittelwert aus 500 Schlägen:
  +/-0,16 mm
• b) Reproduzierbarkeit der Schlaglänge L, Cu-Datenkabel, Bildfeld 310 mm, Mittelwert aus 500 Schlagen:
  +/-0,08 mm
• c) Reproduzierbarkeit der Schlaglänge L, LWL-Kabel, Bild­ feld 400 mm, ein Schlag:
  +/-1,4 mm
• d) Reproduzierbarkeit der Schlaglänge L, Cu-Datenkabel, Bildfeld 310 mm, ein Schlag:
  +/-0,7 mm

Höhere Genauigkeiten sind bei kleineren Bildfeldern möglich. Dies erfordert bei einer gegebenen Kabelgeschwindigkeit eine entsprechend höhere Auswertegeschwindigkeit.

Zur Anpassung an einen neuen Kabeltyp müssen im wesentlichen die Farbe der zu messenden Ader 11, deren Steigungswinkel und drei Erkennungsschwellen parametrisiert werden. Neben einem Teach-In-Verfahren kann bei Bedarf die Anpassung weitgehend automatisiert werden. Außer der Kontrolle der Schärfeeinstel­ lung der Optik sind keine mechanischen Justierungen wie Ver­ änderungen der Kameraposition notwendig.

Claims (7)

1. Verfahren zur Schlaglängenmessung an Kabeln mit mehreren miteinander verdrillten Adern, wobei mindestens eine Ader (11) farbcodiert ist, bei dem
das Kabel (1) sich in Richtung der Kabellängsachse bewegt,
eine Halbleiterkamera (2) Bilder des Kabels (1) aufnimmt und
eine Bildverarbeitungseinheit (3) die von der Kamera (2) ausgegebenen Bilder auswertet und daraus mittels der Lage der farbcodierten Ader (11) die Schlaglänge (L) des Kabels (1) berechnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine farbempfindliche Halbleiterkamera (2) eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Verschlußzeiten der Halbleiterkamera (2) in der Größenordnung 0,1 ms - 1 ms liegen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mit Hilfe einer Beleuchtungseinrichtung (4) das Kabel (1) im Bildfeld der Halbleiterkamera (2) ausgeleuchtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Bildauswertung zur Schlaglängenmessung ohne Be­ stimmung der Schlagumkehr durch die Abfolge

• a) Transformation des RGB-Kamerabildes in die HSI- Darstellung,
• b) Kombination mehrerer in einem zeitlichen Abstand aufgenommener Teilbilder zu einem Vollbild,
• c) Aufsummierung der Zahl der Bildpunkte einer voreingestellten Farbe entlang von Linien, die dem Steigungswinkel der Adern (11) im Kabel (1) entsprechen,
• d) Aufsummierung der entstandenen Projektionsvektoren und Bestimmung von Zahl und Richtung der in einem Bild sichtbaren Schläge,
• e) statistische Auswertung der Einzelergebnisse vieler Bilder,

geschieht, wobei im Bildfeld der Kamera (2) mindestens ein Schlag enthalten sein muß.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem an einem Kabel (1) mit verdrillten Adern, die zusätzlich eine Schlagumkehr aufweisen, die Schlagumkehr­ punkte des Kabels (1) bestimmt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Bildauswertung zur Schlaglängenmessung mit Be­ stimmung der Schlagumkehr durch die Abfolge

• a) Transformation des RGB-Kamerabildes in die HSI- Darstellung,
• b) Kombination mehrerer in einem zeitlichen Abstand aufgenommener Teilbilder zu einem Vollbild,
• c) Aufsummierung der Zahl der Bildpunkte einer voreingestellten Farbe entlang von Linien, die dem Steigungswinkel der Adern (11) im Kabel (1) entsprechen; Durchführung dieser Operation zweimal in den beiden möglichen Steigungsrichtungen,
• d) Aufsummierung der entstandenen Projektionsvektoren und Bestimmung von Zahl und Richtung der in einem Bild sichtbaren Schläge,
• e) Kombination der Ergebnisse von mehreren Bildern aus d) zu einem Gesamtmodell und Bestimmung der Schlagumkehrpunkte,
• f) statistische Auswertung der Einzelergebnisse vieler Bilder,

geschieht, wobei im Bildfeld der Kamera (2) mindestens ein Schlag enthalten sein muß.