DE2107983C - Vorrichtung zur fortlaufenden und berührungslosen Dickenmessung eines dünnen Drahtes mittels einer radioaktiven Strahlenquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betriff' eine Vorrichtung zur for! laufenden und berührungslosen Dickenmessung ein·-·» dünnen Drahtes, der kontinuierlich laufend quer /ut Verbindungslinie zwischen einer radioaktiven Strahlenquelle, deren Strahlung von dem zu messenden Draht beachtlich ahsorbi.r' wird, und mindestens einem Detektor, der auf die von der Strahlenquelle ausgesandte radioaktive Strahlung anspricht, angeordnet und derart geführt ist, daß er sich auch bei Bewegungen senkrecht zu seiner Laufrichtung innerhalb des von der Strahlenquelle in den Detektor fallenden radioaktiven Strahlenbündels befindet.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 920 706 ist bereits eine Vorrichtung zur Messung des Querschnittes von Draht, insbesondere von Betonstahl mit aufgewalzten Rippen, bekannt, weiche aus einem Kollimator mit radioaktiver Strahlenquelle, einem Detektor und einer Aufnahme für den quer zur Achse des Systems angeordneten, zu messenden Draht im Strahlenbündel zwischen Kollimator und Detektor besteht. Bei dieser Vorrichtung ist vorgesehen, daß zur fortlaufenden Messung bei kontinuierlich durch die Aufnahme laufendem Draht der Kollimator bzw. das radioaktive Strahlcibündel einen öffnungswinkel aufweist, der größer ist als der durch die mittlere Dicke (plus Rippe) des zu messenden Drahtes definierte Objektwinkel plus Dickentoleranz und Bewegungstoleranz beim Durchlauf, und daß der Detektor für die Messung der Gesamtintensität des in Durchlaufrichtung des Drahtes beliebig ausgeblendeten Strahlenbündels ausgelegt ist.

Mit dieser bekannten Vorrichtung kann eine kontinuierliche Messung der Dicke von Drähten, z. B. bei der Herstellung von Betonstahl, mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden. Es liegt aber im Wesen des angewendeten Meßverfahrens, daß Drahtdurchmesser unter etwa einem Millimeter nicht mehr genau genug bestimmt werden können.

Es ist andererseits aus der deutschen Offenlcgungsschrift 1 908 275 ein Verfahren zum fortlaufenden berührungsfreien Messen von kleinen Drahtstärken bekannt, bei dem der zu messende Draht in der Nähe einer Laser-Lichtquelle durch das Strahlungsfeld geführt wird. Mittels photoelektrischer Aufzeichnung der Hell- und Dunkelstellen eines durch den Laserstrahl erzeugten Beugungsbildes kann die Drahtstärke fortlaufend ermittelt werden. Hierbei wird das Beugungsbild periodisch abgetastet, wobei die zeitlichen Abstände der Dunkelstellen des Beugungsbildes durch eine gegebene Zählimpulsfolge ermittelt werder. Mit diesem Verfahren iassen sich nur sehr dünne Drähte unterhalb von etwa einem Zehntel Millimeter Durchmesser messen.

Die Stärke von laufenden Drähten, deren Durchmesser in dem Bereich zwischen einem Zehntel und einem Millimeter liegt, läßt sich ako bisher nicht mit genügender Genauigkeit berührungslos bestimmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine fortlaufende, berührungslose Messung der Dicke eines Drahtes von vorzugsweise einem 7ehntel bis zu einem Millimeter Durchmesser auch bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit und unabhängig von dem Profil des Drahtes möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Draht mehrfach durch eine Fläche quer zur Verbindungslinie zwischen der radioaktiven Strahlenquelle und den Detektoren geführt ist.

Demnach befindet sich nicht nur ein einziger Drahtabschnitt im radioaktiven Strahlenbündel zwischen der Strahlenquelle und dem Detektor; es werden vielmehr mehrere in einer Fläche angeordnete Abschnitte des zu messenden Drahtes gleichzeitig bestrahlt. Der Detektor liefert ein Meßsignal, das ein MaL für die Summe der Dicken aller im Strahlenbündel befindlichen Drahtabschnitte ist. Das Meßsignal ist somit auch ein Maß für die mittlere Dicke aller Drahtabschnitte. Die Vorrichtung wird dabei konstruktiv derart aufgebaut und dimensioniert, daß die Lange aller Drahtabschnitte wesentlich kleiner ist als die Länge des Drahtes, auf der sich seine Dicke erfahrungsgemäß merklich ändern kann. Diese Bedingung kann bei Herstellungseinrichtungen tür Drähte zwischen einem Zehnte! und einem Millimeter Durchmesser leicht eingehalten werden.

Die Fläche, durch die der Draht mehrfach geführt ist, kann gekrümmt sein; sie kann aber auch als Ebene ausgebildet werden.

Eine Weiterbildung der Vorrichtung, bei der die einzelnen Drahtabschnitte in einer gekrümmten Fläche liegen, ist dadurch gegeben, daß der kontinuierlich laufende Draht einlagig auf die Umfangsfläche eines in radialer Richtung für die radioaktive Strahlung weitgehend durchlässigen, auf Grund der Drahtbcvvcguiig rotierenden Zylinders aufgespult Ist, in dessen Zentrum sich die Strahlenquelle befindet, und daß die Zylinderachse quer zu der Verbindungslinie zwischen Strahlenquelle und Detektor angeordnet ist. Die gekrümmte Fläche, durch die der Draht im radioaktiven Strahlenbündel geführt ist, wird dabei durch einen Teil der Umfangsfläche des Zylinders vorgegeben.

Im Prinzip könnte man die Drehachse, um die sich der Zylinder d^r;'ht, starr mit dem Zylinder verbinden, so daß sich die Strahlenquelle gleichfalls dreht. Eine solche Maßnahme wäre aber meßtechnisch ungünstig, weil dann die unvermeidlichen Inhomogenitäten in der Verteilung der radioaktiv strahlenden Materie und in der Eigenabsorption des Präparates zu periodischen Schwankungen des Meßsignals führen würden. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist demgegenüber die Strahlenquelle räumlich fest angeordnet.

Als Zylinder kann ein Hohlzylinder verwendet werden, der aus einem Rohr von geringer Strahlenabsorption und beidseitig befestigten Seitenwänden be-

steht und in zentralen Bohrungen der Seitenwände z. B. auf einer durchgehenden, ortsfesten Drehachse drehbar gelagert ist. Um zu verhindern, daß der Draht vom rotierenden Zylinder abspringt, sollte dabei «~r Durchmesser der Seitenwände größer sein als der Durchmesser des Rohres. Zwecks Abschirmung können die Seitenwände selbst aus einem Material hoher Strahlenabsorption, vorzugsweise aus Schwermetall, bestehen. Als Material für den Hohlzylinder bzw. das Rohr kann ein eichtnietall oder ein Kunst-

stoff gewählt werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die einzelnen Drahtab.-.chnitte in einer ebenen Fläche liegen, ist dadurch gegeben, daß der kontinuierlich laufende Draht mehrfach über zwei parallel zueinander angeordnete, auf Grund der Drahtbewegung rotierende Rollen geführt ist, daß die Strahlenquelle zwischen den Rollen in der Ebene der beiden Rollenachsen angeordnet ist und daß diese Ebene quer zu der Verbindungslinie zwischen der Strahlenquelle und den Detektoren steht.

Sowohl bei Verwendung eines Zylinders oder von zwei Rollen ist es sehr vorteilhaft, daß zur sicheren Führung des Drahtes leicht spiralig verlaufende Rillen auf die Umfangsfläche des Zylinders bzw. auf die

Umfangsflächen der Rollen aufgebracht sind. Der Zylinder bzw. die Rollen werden zweckmäßigerweise im Innern eines Gehäuses untergebracht, welches mit mindestens einer Strahlenaustritts-Öffnung versehen ist, hinter der der Detektor angeordnet ist.

Die von der radioaktiven Strahlenquelle ausgesandten und in den Detektor einfallenden Energiequanten sind zeitlich statist^;sch verteilt. Um die Statistik der nachzuweisenden Impulse zu verbessern, d. h. um zu gewährleisten, daß pro Zeiteinheit mehr Impulse nachgewiesen werden, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß zwei oder mehr Detektoren eingesetzt werden, die ihre Ausgangssignale an ein gemeinsames Registriergerät (z. B. Mittelwertmesser, Zähler) abgeben.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeig;

F i g. 1 eine Vorrichtung mit zwei Detektoren und mit einem in einem Gehäuse rotierenden Zylinder, in desstn Zentrum die radioaktive Strahlenquelle angeordnet und über dessen Umfangsfläche der Draht geführt ist,

Fig. 2 einen Schnitt A-A durch den Zylinder und das Gehäuse der in F i g. I dargestellten Vorrichtung.

F i g. 3 eine Vorrichtung mit zwei Detektoren und zwei in einem Gehäuse rotierenden Rollen, zwischen denen die radioaktive Strahlenquelle angeordnet und über die der Draht geführt ist, und

F i g. 4 einen Schnitt B-B durch die Rollen und das Gehäuse der in F i g. 3 durgestellten Vorrichtung.

In Fig. I und 2 ist ein Gehäuse! dargestellt, in welches eine feststellende Drehachse !eingelassen ist. In einer zentral gelegenen Querbohrung der Dreh-

achse 2 befindet sich als Strahlenquelle 3 ein radioaktives Präparat. Symmetrisch zur Strahlenquelle 3 sitzt auf der Drehachse 2 ein drehbarer Hohlzylindcr, der durch in das Gehäuse 1 hineinragende Teile 4 und 5 an einer Bewegung in Richtung der Zylinderachse 6 gehindert wird. Der Hohlzylindcr ist aus einem dünnen Rohr 7 und beidseitig befestigten, zentral durchbohrten Seitenwänden 8 und 9 zusammengesetzt. Das Rohr 7 besteht aus einem sehr festen Material geringer Strahlcnabsorption, und zwar aus einem Kunststoff; es kann aber auch aus einem Leichtmetall wie z.B. Aluminium bestehen. Das Rohr7 enthält auf seiner Umfangsfläche 1· leicht spiralig verlaufende Rillen 11 zur Aufnahme des dünnen Meßdrahtes 12. Dadurch ist ein genau fixierter und konstant bleibender Drahtumlauf gewährleistet. Die Seitenwände 8 und 9 des Hohlzylinders dienen zur Strahleneingrenzung und bestehen aus Gründen des Strahlenschutzes aus einem Material hoher Strahlenabsorplion, also vorzugsweise aus einem Schwermetall! wie Blei.

Im Gehäuse 1 sind ferner zwei gegenüberliegende Strahlcnaustritts-Öffnungen 13 und 14 vorgesehen, hinter denen sich je ein Detektor 15 bzw. 16 befindet. Diese Strahlenaustritls-Öffnungen 13 und 14 sind so bemessen, daß sie etwas breiter sind, als es den maximalen, durch die Seitenwände 8 und 9 des Hohlzylinders bestimmten Strahlenbündeln 17 und 18 entspricht. Für einen langsam laufenden Meßdraht 12 und/oder eine starke Strahlenquelle 3 wurden eine einzige Slrahlenaustritts-Öffnung 13 und ein einziger Detektor 15 genügen. Andererseits kann es zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit erforderlich sein, mehr als zwei Strahlcnaustritts-Öffnungen und eine entsprechende Anzahl von Detektoren zu benutzen. Dann muß die Strahlenquelle 3 auf andere Weise an der Drehachse 2 befestigt sein. — Die Detektoren 15 und 16 sind an ein nicht (gezeigtes) Registriergerät angeschlossen, dessen Ausgangssignal zur Steuerung z. B. des Herstellung^ oder Formprozesses des Meßdrahts 12 verwendet werden kann.

Gemäß Fig.2 läuft der dünne Meßdraht 12, der beispielsweise von einer Ziehvorrichtung kommt, in Pfeilrichtung durch ein Führungsrohr 19 in das Gehäuse 1 ein. Der Draht 12 ist in den spiralig verlaufenden Rillen 11 eintägig auf Jen Hohlzylindcr aufgespult, dreht fortlaufend den Hohlzylindcr und verläßt das Gehäuse 1 wieder durch ein weiteres Führungsrohr 20. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist der Meßdraht 12 sechsfach durch jedes der in die Detektoren 15 und 16 fallenden radioaktiven Strahlenbündel 17 und 18 geführt. Die beiden gekrümmten Flächen in den Strahlenbündeln 17 und 18, in denen die einzelnen Drahtabschnitle nebeneinanderlegen, sind durch einen Teil der Umfangsfläche 19 des Hohlzylinders gegeben. Die beiden meßwirksamen Flächen stehen quer zu den Verbindungslinien 21 und 22 zwischen der Strahlenquelle 3 und den beiden Detektoren 15 und 16. Bei einer Änderung in der Stärke des Meßdrahtes 12 werden die beiden von der Strahlenquelle 3 in die Detektoren 15 und 16 einfallenden radioaktiven Strahlenbündel 17 und 18 durch den Meßdraht 12, der radioaktive Strahlung absorbiert, mehr oder weniger abgeschattet. Das von den Detektoren 15 und 16 abgegebene Ausgangssignal ist ein Maß für die gesamte Dicke der sechs Drahtabschnitte und damit auch für die mittlere Dicke des auf dem Hohlzylindcr gerade aufgespulten Meßdrahtes 12. Die Anzahl der auf den Hohlzylindcr gewickelten Drahtabschnitte richtet sich nach der zu erwartenden mittlc-■ rcn Dicke des Meßdrahts 12.

is In F i g. 3 und 4 ist ein Gehäuse 23 aus Metall dargestellt, in welches zwei feststehende, parallel zueinander angeordnete Drehachsen 24 und 25 in einigem Abstand voneinander eingelassen sind. Auf jede der beiden Drehachsen 24 und 25 ist eine drehbare Rolle

ao 26 bzw. 27 aufgeschoben und durch Zentrierstücke 28 zentriert. Zwischen den beiden Rollen 26 und 27 ist in der Ebene der Drehachsen 24 und 25 eine flächenhafte Strahlenquelle 29 befestigt. Die Umfangsflächen 30 und 31 der beiden Rollen sind zur Auf-

as nähme des Meßdrahts 32 mit spiralig verlaufenden Rillen 33 verschen.

Das Gehäuse 23 enthält zwei gegenüberliegende Strahlcnaustritts-Öffnungen 34 und 35, hinter denen jeweils ein Detektor 36 und 37 angeordnet is«. Die Verbindungslinien 38 und 39 zwischen der Strahlenquelle 29 und den Detektoren 36 und 37 stehen senkrecht zu der Ebene, in der die beiden Drehachsen 24 und 25 liegen.

Aus F i g. 3 geht hervor, daß der dünne Draht 32, dessen Dicke bestimmt werden soll, in Pfeilrichtung kontinuierlich durch ein Führungsrohr 4· in das Gehäuse 23 einläuft, von der ersten Rolle 26 in Richtung auf die zweite Rolle 27 umgelenkt wird, von der zweiten Rolle 27 wiederum auf die erste Rolle 26 gelangt, und — wie aus F i g. 4 ersichtlich — nach insgesamt viermaligem Durchlaufen des Gehäuses 23 durch ein weiteres Führungsrohr 41 hciausgcleitet wird. Die beiden Rollen 26 und 27 werden durch die Drahtbewegung in Richtung der in F i g. 3 eingezeichneten Pfeile gedreht.

Bei der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Vorrichtung wird also der Meßdraht 32 insgesamt viermal durch zwei meßwirksame ebene Flächen 41 und 42 geführt, die in F i g. 3 senkrecht auf der Papierebens

stehen. Vier Drahtabschnitte liegen dabei gleichzeitig und jeweils parallel zueinander in jeder der beider Ebenen 42 und 43. Diese Ebenen 42 und 43, die voi den von der Strahlenquelle 29 ausgehenden und ii die Detektoren 36 und 37 einfallenden Lichtbündelt 44 und 45 durchsetzt werden, stehen senkrecht au den Verbindungslinien 38 bzw. 39.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur fortlaufenden und berührungslosen Dickenmessung eines dünnen Drahtes, der kontinuierlich laufend quer zur Verbindungslinie zwischen eirer radioaktiven Strahlenquelle, deren Strahlung von dem -U messenden Draht beachtlich absorbiert wird., und mindestens einem Detektor, der auf die von der Strahlenquelle ausgesandte radioaktive Strahlung anspricht, angeordnet und derart geführt ist, daß er sich auch bei Bewegungen senkrecht zu seiner Laufrichtung innerhalb des von der Strahlenquelle in den Detektor fallenden radioaktiven Strahlenbündels befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (12; 32) mehrfach durch eine Fläche (10; 42 und 43) quer zu der Verbindungslinie (21 o-'er 22; 38 oder 39) zwischen der stationären Strahlenquelle (3 29) und den Detektoren (15, 16, 36, 37) geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (10), durch die der Draht (12) mehrfach geführt ist, gekrümmt ist.

.1. Vorrichtung nach Anspruch I, c¹ durch gekennzeichnet, daß die Fläche (42 und 43), durch die der Draht (32) mehrfach geführt ist, eine Ebene ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennze.-hnet. da2 der kontinuierlich laufende Draht (12) einhgig a.'. die Umfangsfläche (10) eines in radialer Richtung für die radioaktive Strahlung weitgehend J rchlässigen, auf Grund der Drahtbewegung rotierenden Zylinders (7, 8 und 9) aufgespult ist, in dessen Zentrum sich die Strahlenquelle (3) befindet, und daß die Zylinderachse (6) quer zu der Verbindungslinie (21 oder 22) zwischen Strahlenquelle (3) und Detektor (15 bzw. 16) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (3) räumlich fest angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Drah; (12) tragende Zylinder (7, 8 und 9) ein Hohlzylinder ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder aus einem Rohr (7) von geringer Strahlenabsorption und beidseitig befestigten Seitenwänden (8 unJ 9) zusammengesetzt und in zentralen Bohrungen der Seitenwände (8 und 9) auf einer feststehenden Drehachse (2) drehbar gelagert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Seitenwände (8 und 9) größer ist als der Durchmesser des Rohres (7).

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (8 und 9) des Hohlzylinders (7, 8 und 9) aus einem Material hoher Strahlenabsorption, vorzugsweise aus einem Schwermetall, bestehen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (7, 8 und 9) oder das Rohr (7) aus Leichtmetall besteht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (7, 8 und 9) oder das Rohr (7) aus Kunststoff besteht.

P Vorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierlich laufende Draht (32) mehrfach über zwei parallel zueinander angeordnete, auf Grund der Drahtbewegung rotierenden Rollen (26 und 27) geführt ist, daß die Strahlenquelle (29) zwischen den Rollen (26 und 27) in tier Ebene der beiden Drehachsen (24 und ·>5) angeordnet ist und daß üiese Ebene einer zu der Verbindungslinie (38 und 39) zwischen der Strahlenquelle (29) und den Detektoren (36 und 37) steht.

13 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis P dadurch gekennzeichnet, daß zur sicheren Fürung des Drahtes (12; 32) leicht spiralig verlaufende Rillen (U; H) auf die Umfangsflhehc (10) des Zylinders (7, 8 und 9) bzw uur die Lmfangsflächen (30 und 3!) der Rollen (26 und 27) aufgebracht sind

14. Vorrichtung nut!· einem der Ansprütl 4 bis 13, daduich t;ekemi/eitfi..^, daß der Hohi-vlinder(7. 8 und 9) bzw die Rollcn(26 und 27) mi Innern eines Gehäuses (1; 23) untergebracht vi i, welches mit mindestens einer Strahlenausir π·,-öffnung (13 bzw. 14; 34 bzw. 35) versehen i-i, und daß dahinter der Detektor (15 bzw. 16. Λ6 b/w. 37) angeordnet ist.