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Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zum kapazitiven Prüfen der
Außenmaße und Feststellen von Fehlern in der Außenseite von rohr-j stangen-oder
stabförmigen Prüflingen aus Metail oder Kunststoff Die Erfindung betrifft ein Verfahten
und eine Vorrichtung zum kapazitiven Prüfen der Außenmaße und Feststellen von Fehlern,
wie z.B. Lochern, Rissen, Beulen oder Vertiefungen, in der Außenseite von rohr-,
stangen- oder stabförmigen Prüflingen aus Metall oder Kunststoff.
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Bekannt ist de Prüfung von stab- oder stangenförmigen Gegenständen
mittels Ultraschall. Mit diesen bekannten Ultraschallverfahren sind jedoch geringe
Durchmessertoleranzen nicht erfaßbar. Auch kann man mit diesen bekannten Ultraschallverfahren
nur scharfkantig begrenzte Oberflächenfehler erfassen und die Priifgeschwindigkeit
ist verhältnismäßig gering. Stangen oder
Rohre aus Kunststoff sind
mit diesen Ultraschallverfahren überhaupt nicht prüfbar, da der Prüfling bei diesen
Verfahren in Wasser getaucht werden uß und Wasser und Kunststoff etwa gleiche Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit
haben.
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Auf vielen technischen Gebieten sind auch die sogenannten kapazitiven
Prüfverfahren bekannt, bei denen das Prinzip des Kondensators zu Prüfzwecken angewendet
wird. Auch bei der Prüfung von Rohren hat man dieses kapazitive Prüfverfahren bereits
vorgeschlagen, und zwar derart, daß man etwa zur Prüfung des Innendurchmessers eines
Rohres in diesem Rdbr zwei diametral einander gegenüberliegende punktförmige "Elektroden"
anordnet, wobei durch kapazitive Messung der Abstand der Elektroden von der Rohrwand
bestimmt wird Es liegt auf der Hand, daß derartige; kapazitive Prüfungen von Rohren
unbefriedigend sind, weil praktisch nur zwei parallel zur Rohrachse verlaufende
Linien des Rohrmantels mit den zwei diametral einander gegenüberliegenden Elektroden
"gemessen" werden, so daß beispielsweise Beulen oder Risse in der Rohrwand nur dann
erfaßt werden, wenn diese gegenüber einer der Elektroden vorbeiwandern. Selbst eine
starke Ovalität eines an sich runden Rohres braucht bei dieser bekannten kapazitiven
Messung nicht bemerkt zu werden, wenn die Elektroden gerade an den diametral einander
gegenüberliegenden Stellen vorbeiwandern, wo der Ellipsenradius gleich dem Sollradius
des Rohres ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum kapazitiven Prüfen der Außenmaße und zum Feststellen von Fehlern in der Außenseite
von rohr-, stangen-oder stabförmigen Priiflingen anzugeben, die sowohl bei Prüflingen
aus Metall. als auch bei Prüflingen aus Künststoff anwendbar
sind
und sowohl Verbiegungen des Prüflings als auch Abweichungen v)n der Querschnittsform
und vor allem ieden Fehl.er in, an bzw. auf der Außenseite des Prüflings anzeigen,
sei es, daß dieser Fehler eine vorspringende oder zurückspringende Beule mit scharfkantiger
oder fließend übergehender Begrenzung, ein Riß oder dergleichen ist Das Verfahren
und die Vorrichtung ctenN der Erfindung sollen den festgestellten Fehler auch seiner
Art nach (Beule, Vorsprung, Verbiegung usw.) identifizieren.
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Auch soll die Möglichkeit bestehen, die Empfindlichkeit des Verfahrens
und der Vorrichtung gemäß der Erfindung nach Belieben und nach Bedarf einzustellen.
Der Prüfvorgang soll verhältnismäßig schnell ahl,aufen und der Einrichtungsaufwand
soll vergleichsweise gering sein Zur Lösung dieser Aufgabe sieht das Verfahren gemäß
der Erfindung vor, daß man den Prüfling unter genauer axialer Führung nacheinander
zur Exzentrizitätsmessung zwischen um seinen Umn fang ortsfest angeordneten Istwertanalysatorkodensatorplatten
und zur Oberflächen-, Umfangs- und Querschnittsmessung durch zwei gleiche. parallele,
in festem Abstand voneinander anveordnete chablonen-ringkondensatorplatten berührungsfrei
hindurchführt, deren zum Durchlauf des Prüflings ausgebildete Durchtrittsöffnungen
von der Solloberfläche des Prüflings rundberum mög@ichst gleichen Abstand haben,
und daß man die beim Druchlauf des Prüflings auftretenden Kapazitätsänderungen in
Abhängigkeit von der Durchlaufgeschwindigkeit und dem Abstand der Istwertanalysatorkondensatorplatten
von den Schablonenringkondensatorplatten vergleichend analysiert und das Analyseergebnis
als Fehlerkurve aufzeichnet
Die Erfindung sieht also vor, daß man
den Prüfling unter genauer axialer Führung sowohl zwischen uui seine Außenseite
herum verteilt. angeordneten einzelnen Kondensatorplatten als auch durch zwei in
festem Abstand voneinander angeordnete SchabLonenringkondensatorplatten hindurchführt,
wobei diese Schablonenringkondensatorplatten eine Durchtrittsöffnung für den Prüfling
haben, die in ihrer Form möglichst genau der Sollquerschnitts form des Prüflings
entspricht, jedoch etwas größer als der Prüflingsquerschnitt ist, so daß der Prüfling
berührungsfrei hindurchtritt, wobei der Abstand des Öffnungsrandes von der Prüflingsoberfläche
rundherum etwa gleich groß ist, wenn der Prüfling die Sollform hat. Die kapazitiven
Meßergebnisse beider Kondensatorplattengruppen in Verbinsiup mit den die Be wegungsgeschwindigkeit
des Prüflings berücksichtigenden Meßgrößen werden in Beziehung zueinander analysiert,
wozu man hekannte Datenverarbeitungsanlagen benützen kann, so daß man das Priif-
oder Meßergebnis nach Art einer Kurve durch eine Aufzeichnungsvorrichtung aufzeichnen
kann und folglich die Bedienungsperson aus dieser Kurve sofort erkennen kann, ob
der Prtifling Bemessungs-, Querschnittsform- oder Oberflächenfehler hat, wo diese
Fehler liegen und um was für Fehler es, sich handelt.
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Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich erfindungsgemäß
aus durch wenigstens zwei im Abstand voneinander angeordnete Führungen zur genauen
axialen Führung des Prüflings, durch mehrere, um den Umfang des durchlaufenden Prüflings
verteilt in gtetchem Abstand von diesem angeordnete Kondensatorplatten, durch zwei
gleiche, parallele in festem Abstand voneinander in Durchlau,frichting des Prüflings
Vor oder hinter diesen Kondensatorplatten angeordnete Schablonenringkondensatorplatten,
deren Durchtrittsöffnung für den Prüfling
rundherum etwa den gleichen
Abstand vom Sollprofil des Priiflings haben, durch eine Einrichtung zur Messung
der Durchlaufgeschwindigkeit des PrSifLin;gs und durch eine Einrichtung zur Ermittlung
von Kapazitätsänderungen der Kondensatoren in Abhängigkeit von der Durchlaufgeschwindigkeit
sowie zur Analyse und gegebenenfalls Aufzeichnung der Analyseergehnisse.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die zwei Führungen, die Kondensatorplatten und die Schablonenringkondensatorplatten
auf einem gemeinsamen Träger montiert sind.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Schablonenringkondensatorplatten
auswechselbar und zur Bearbeitung von Prüflingen verschiedener Querschnittsform
Schablonenringkondensatorplatten mit entsprechend verschiedenen Durchlauföffnungen
einsetzbar sind, so daß man zur Priifung eines Prüflings jeweils nur die seinem
Querschnitt entsprechenden Schablonenringkondensatorplatten einsetzen mu.
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Zweckmäßig sind auch die Kondensatorplatten auswechselbar und bezüglich
ihrer Distanz zum Prüfling verstellbar, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung
leicht auf die Prüfung von Prüflingen der verschiedensten Querschnittsgrößen und
Querschnittsformen einstellbar ist.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung eines der Erläuterung und nicht etwa der Abgrenzung
des Erfindungsgedankens dienenden Ausführungsbeispiels, wobei auf die beiliegende
Zeichnung Bezug genommen wird. Diese Zeichnung zeigt in schematischer Form
im
unteren Teil in einer Art Perspektive die Ausbildung und Anordnung der wesentlichen
Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und im oberen Teil das zugehörige Schaltbild.
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Der zu prüfende Prüfling 30, ei dem es sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel
um einen runden Stab handelt, wird in der erfi.ndungsgemäßen Vorrichtung mittels
zweier in axialem Abstand voneinander angeordneter und beim dargestellten Aus.-fiihrungsbeispi.el
aus drei Rollen 31, 32, 33 bestehender Fiihrungen genau axial geführt, d.h., daß
bei einem Prüfling 30, der genau die Sollabmessungen hat, die Längsachse des Prüflings
mit der Mittelachse zwischen den Rollen 31-33 genau zusammenfällt. Zur Ermittlung
der Bewegungsgeschwindigkeit des Prfif- r linges 30 in Richtung des dargestellten
Pfeiles kann die Achse 34 einer der Rollen 32 mit einer Durchlaufgeschwindigkeitsmeßvorrichtung
35 versehen sein, deren Ausgang 36 den nicht dargestellten Datenverarbeitungsgerät
zugeleitet wird.
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Zwischen den aus den Rollen 31-33 bestehenden Führungen sind um den
Prüfling 3(! herum zunächst mehrere Istwertanalysatorkondensatorplatten 391, 3q2,
393, 394 angeordnet, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel diametral einander
gegenüberliegend in geringem Abstand vom Prüfling 30 liegen, wobei die ser Abstand
durch nicht dargestellte Mittel veränderbar sein kann. Zwischen den Führungen sind
um den Prüfling 30 herum ferner zwei Schablonenringkondensatorplatten 37, 38 angeordnet,
die parallel zueinander in geringem Abstand voneinander liegen und eine Durchtrittsöffnung
für den Prüfling 30 haben, die der Querschnittsform des Prüflings entspricht, jedoch
etwas größer ist, beim dargestellten Ausführungsbeispiel -also kreisförmig ist mit
einem etwas größeren Durchmesser als dem
Durchmesser des Prüflings.
Die Schablonenringkondensatorplatten 37, 38 sind mngiichst genau konzentrisch um
den Prüfling herum angeordnet, so daß der Abstand des Öffnungsrandes der Platten
37, 38 rundherum etwa gleich ist, wenn der Prüfling fehlerlos ist.
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Die elektrische Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in
einem durch eine gestrichelte Linie 40 angedeuteten Gehäuse angeordnet, das Eingänge
4, 5, 6, 7 für die vier Istwertanalysatorkondensatorplatten 391-394, einen Eingang
2 für die Schablonenringkondensatorplatte 37, einen Eingang 3 für die Schablonenringkondensatorplatte
38 und einen Generatoreingang 31 aufweist. Ferner sind Ausgänge 8, 9, 10, 11 für
die Impedanzwandler 17, 18, 19, 20 der Istwertanalysatorkondensatorplatten 391-394
und einen Ausgang 12 für die Schablonenringt-ondensatornlatten-Menwerte vorgesehen,
wobei an diese Ausgänge ein nicht dargestelltes Datenverarbeitungsgerät angeschlossen
wird, das vorzugsweise einer ein Schreibgerät die analysierten Meßergebnisse aufzeichnet.
Die weiteren Teile der Schaltung sind mit den genormten Schaltungssymbolen dargestellt,
nämlich d;e Transformatoren 13, 14, die Impedanzwandler 15, 16, ein Phasenschieberwiderstand
21, ein Nulltrimmer (Stellkondensator zum Nullabgleich) 22, ein Festkondensator
23. der die Meßkapazität bestimmt' ein Anpassungstrimmer 24 und ein Phasenschieberkondensator
25. Die Masse ist mit 26 bezeichnet.
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Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung dienen die Istwertkondensatorplatten
391-394 in erster Linie zur Feststellung vonAbweichungen des Prüflings von der Sollängsachse,
d.h. zur Feststellung von Krümmungen des Prüflings sowie von Fehlern in den Querschnittsabmessungen,
beispielsweise von Ovalitäten
bei- runden Querschnitten. Die Schablonenringkondensatorplatten
37, 38 wiederum stellen Beulen, sei es, daß diese vertieft oder vorspringend sind,
Risse lsw. fest, die sich al der Außenseite des Prüflings 30 befinden. Durch vergleichende
Analyse der Meßergebnisse der Istwertanalysatorkondensatorplatten 391-394 und der
Schablonenringkondensatorplatten 37, 38 unter Berücksichtigung der mit der Vorrichtung
35 ermittelten Bewegungsgeschwindigkeit des Prüflings, d.h. der Geschwindigkeit,
mit der sich ein Querschnitt des Prüflings von der einen Kondensatorplattengruppe
391-394 zur anderen Kondensatorplattengruppe 37, 38 bewegt, kann man unter Benutzung
bekannter Datenverarbeitungs,geräte ohne weiteres nicht nur jeden Fehler an, in
bzw. auf der Oberfläche des Prüflings feststellen, sondern auch dessen Lage und
die Art des Fehlers.
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Mit einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
konnten bei einem Rohr mit 16 mm Außendurchmesser Durchmesserveränderungen von 0,005
mm festgestellt werden.
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Desgleichen wurde eine quer zur Längsachse verlauf, ende Nute von
0,3 mm Tiefe und 0,4 mm Breite und einer Länge von etwa 5 mm eindeutig identifiziert.
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Zweckmäßig sind die Fiihrungen 31-33 und die beiden Kondensatorplattengruppen
3q1-394 sowie 37, 38 auf einem gemeinsamen Arbeitstisch montiert. Um mit der Vorrichtung
gemäß der Erfindung Stabmaterialien der verschiedensten Art prüfen zu können, bildet
man die Schablonenringkondensatorplatten 37, 38 und die Istwertanalysatorkondensatorplatten
391-3q4 zweckmäßig auswechselbar aus, so daß man je nach der Querschnittsform des
zu prüfenden Prüflings entsprechende Kondensatorplatten einsetzen kann.