DE2111213C2

DE2111213C2 - Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke einer Schicht aus Isoliermaterial über einem metallischen Teil

Info

Publication number: DE2111213C2
Application number: DE2111213A
Authority: DE
Inventors: Mathias Tüscherz Brunner; Peter Lysa Nopper; Bruno Orpund Zumbach
Original assignee: Zumbach Electronic AG
Current assignee: Zumbach Electronic AG
Priority date: 1970-03-11
Filing date: 1971-03-09
Publication date: 1982-12-23
Also published as: DE2166802A1; AT361722B; ATA213271A; SE367057B; DE2111213A1; BE806175R; FR2188139A2; CA968150A; DE2167281C2; BE763972A; GB1352778A; GB1352777A; AU6216273A; CH542426A; FR2081868B1; FR2081868A1; FR2188139B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke einer Schicht aus Isoliermaterial über einem metallischen Teil mit gekrümmter Oberfläche, an mindestens einer gekrümmten Stelle dieser Oberfläche, insbesondere an einem isolierten Draht oder Kabel, wobei mindestens ein Meßkopf durch eine berührungslos wirkende Servosteuerung bezüglich des Meßobjektes in einer bestimmten Lage gehalten ist und wobei Mittel zur Ermittlung der Schichtdicke vorgesehen sind.

Eine derartige Einrichtung ist aus der CH-PS 4 69 970 bekannt, gemäß welcher ein Band aus isolierendem Material über eine Walze geführt und ein Meßkopf mit einer der zylindrischen Form der Walze angepaßten hohlen Stirnseite der Außenseite des Bandes angenähert wird. Dem Hohlraum an der Stirnseite des Meßkopfes wird Druckluft zugeführt, womit der Meßkopf in bestimmtem Abstand vom Band gehalten werden soll. Da in diesem Falle die Walze genau bearbeitet und gelagert ist, kann der Meßkopf radial zur Walze bzw. dem darüber geführten Band angenähert werden und die im Meßkopf angeordnete Vorrichtung zur Messung der Distanz zur Walzenoberfläche wird sich immer in der korrekten, radialen Lage befinden. Es ist also nur darauf zu achten, daß die Distanz des Meßkopfes richtig bleibt.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine korrekte Lagebestimmung eines Meßkopfes durch berührungslose Annäherung desselben gegen die gekrümmte Oberfläche eines Meßobjektes auch dann sicherzustellen, wenn dieses Meßobjekt sich nicht in bestimmter und immer gleichbleibender Lage befindet, insbesondere bei der berührungslosen Messung der Isolationsschicht auf einem den Extruder verlassenden Kabel oder Draht Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Meßkopf längs des Umfangs der gekrümmten Oberfläche versetzt angeordnete Meßfühler vorgesehen sind, die mit der Servosteuerung zur Lagebestimmung des Meßkopfes bezüglich des Meßobjektes verbunden sind.

Damit wird es nun möglich, eine korrekte Lagebestimmung und Zentrierung des Meßkopfes bezüglich des Meßobjektes, das sich nicht ruhig bewegt, zu erreichen. Mit anderen Worten kann der Meßkopf völlig frei, vorzugsweise in zwei Koordinatenrichtungen z. B. radial und tangential zur gekrümmten Fläche eingestellt werden und damit stets berührungslos in die korrekte Meßlage gebracht werdea

Vorzugsweise können versetzt angeordnete Meßspulen vorgesehen sein, die zur Lagebestimmung des Meßkopfes bezüglich des metallischen Teils dienen. Diese Maßnahme ist nicht naheliegend, wurde doch die berührungslose Lagebestimmung stets ausschließlich nach der äußersten, zugänglichen Schicht vorgenommen. Sie weist aber auch Vorteile auf. ist die Schicht aus Isoliermaterial sehr weich und empfindlich, sollte möglichst ohne jede mechanische Einwirkung gearbeitet werden. Meßspulen sind daher gegenüber Meßdüsen im Vorteil.

Die Lagebestimmung des Meßkopfes sollte möglichst unabhängig von zufälligen örtlichen Unebenheiten der Schicht aus Isoliermaterial erfolgen, was z. B. bei der Messung von Kabeln dann möglich ist, wenn die Zentrierung bezüglich des Kabelleiters erfolgt In sehr vielen Anwendungsfällen soll die Exzentrizität der Schicht aus Isoliermaterial festgestellt werden. Zentriert man den Meßkopf nach der Außenfläche dieser Schicht, müssen die Meßfühler am Umfang recht nahe beieinander liegen, damit eine eventuelle vorhandene Exzentrizität der Schicht sich nicht auf die Zentrierung des Meßkopfes auswirke. Wird die Zentrierung dagegen bezüglich des Leiters vorgenommen, ist ein derartiger Einfluß ausgeschlossen und die Meßfühler können in größeren Winkelabständen angeordnet sein, was zu einer sehr genauen Zentrierung oder Symmetrierung des Meßkopfes bezüglich des Leiters beiträgt.

Es ist zwar auch bekannt, die Ränder eines Metallbandes in einem Walzwerk mittels induktiver Fühler abzutasten und das Band dem Meßergebnis entsprechend im Walzwerk zu zentrieren (US-PS 34 91 562). Damit war jedoch nicht eine ähnliche Maßnahme zur Zentrierung eines Meßkopfes bezüglich einer gekrümmten Fläche eines Meßobjektes nahegelegt Es ist ferner bekannt, die Lage von Maschinenteilen mittels induktiver Fühler abzutasten und die Maschinenteile nach zwei Koordinatenrichtungen in eine bestimmte Lage zu bringen (FR-PS 15 29 444). Auch diese Maßnahme hat aber nicht die Maßnahme nahelegen können, die Lage eines Meßkopfs in ähnlicher Weise bezüglich der gekrümmten Fläche eines Meßobjektes zu bestimmen, weil für diesen Anwendungsfall die Notwendigkeit einer Zentrierung oder Symmetrierung bezüglich der gekrümmten Fläche des Meßobjekts nicht ersichtlich war.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung zur Prüfung der Isolationsdicke an Kabeln dargestellt.

Fig. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel in Seitenansicht, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel in Stirnansicht, teilweise im Schnitt,

Fi g. 3 dient der Erläuterung des Einflusses asymme-

trischer Lager zwischen Meßkopf und Meßobjekt.

In F i g. 1 ist der Spritzkopf 1 einer Vorrichtung zum Umspritzen von Kabeln mit Kunststoff angedeutet, aus welchem das Kabei 2 mit der noch heißen und plastischen Ummantelung austritt Am Gestell 3 der Vorrichtung ist ein Träger 4 mit schwenkbarem Arm 5 befestigt, auf welchem mittels Säulen 6 ein einseitig offenes, ringförmiges Gehäuse 7 montiert ist Im Gehäuse 7 sind Führungsrollen 8 gelagert, in welchen ein einseitig offener ringförmiger Träger 9 drehbar gelagert ist Ein nicht dargejtsllter, am Gehäuse 7 befestigter Motor mit Untersetzungsgetriebe greift mit seinem Antriebsritzel in eine Innenverzahnung 10 des Trägers 9 ein und gestattet diesem Träger eine periodische hin- und hergehende Drehbewegung in einem bestimmten Bereich von beispielsweise 90° oder 270° zu erteilen.

Am Träger 9 sind zwei diametral gegenüberliegende Halter 11 mit Führungssäulen 12 befestigt Auf diesen Führungssäulen 12 sind Träger 13 geführt, die je mittels einer von einem Servomotor 14 angetriebtnen Spindel

15 längs der Säulen 12 verstellt werden können. In beiden Trägern 13 befindet sich eine gleichartige Meßdüse

16 mit zwei konzentrischen Austrittsöffnungen und Zuleitungen, die beide über schwenkbar auf einem Abschlußstutzen angeordnete Anschlußnippel 17 und Leitungen 18 mit einer pneumatischen Steueranlage bekannter Art verbunden sind.

Die eine, in F i g. 1 und 2 untere Meßdüse 16, ist von einer Meßspule 18 konzentrisch umgeben, die mit einem im Gehäuse 19 untergebrachten Meßoszillator verbunden ist Dieser Oszillator steht über ein Kabel 20 mit der eigentlichen Meß- und Anzeigevorrichtung in Verbindung. Derartige Meßvorrichtungen mit induktiver Meßspule und frequenzmoduliertem Meßoszillator sind an sich bekannt.

Mit dem oberen Träger 13 ist mittels eines Montagewinkels ein Weggeber 24 bekannter Art, beispielsweise ein induktiver Differentialgeber verbunden, dessen Meßstift 25 unter der Wirkung einer Feder 26 in eine durch Anschlag bestimmte Endstellung geht, wenn keine äußere Kraft auf ihn wirkt. Üblicherweise wirkt jedoch auf den Meßstift 25 ein am unteren Träger 13 befestigter Bolzen 27 und bestimmt die Stellung des Meßstiftes 25. Der Weggeber 24 gibt daher normalerweise einen für den gegenseitigen Abstand der Träger 13 bzw. der Meßdüsen 16 typischen Meßwert aus.

Wie oben bereits erläutert, sind zur Symmetrierung des Meßkopfes bezüglich des Meßobjekts besondere Maßnahmen zu treffen, weil es nicht möglich ist, das Meßobjekt genügend nahe an der Meßstelle zu stützen und/oder weil das Meßobjekt zu wenig steif oder deformiert ist Je dünner z. B. ein zu prüfendes Kabel oder ein Draht wird, um so stärker werden sich zudem auch kleinste Asymmetrien des Meßkopfes im Sinne von Fig.3 auf die Messung auswirken. In solchen Fäilen sind entweder Mittel zur automatischen Symmetrierung vorzusehen oder aber der Meßkopf ist so auszubilden, daß sich Asymmetrien kaum mehr auswirken.

Als Mittel zur automatischen Symmetrierung sind beispielsweise beim dargestellten Ausführungsbeispiel am oberen Meßkopf zwei zur Meßdüse 16 symmetrisch angeordnete Hilfsmeßdüsen vorhanden, die nur in F i g. 2 mit 16' angedeutet sind und die in einer Meßbrücke liegen und so auf ein Servosystem einwirken, daß es die beiden Meßköpfe, die dann auch vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, quer zur eigentlichen Meßrichtung in symmetrische Lage bezüglich des Kabels 2 zu bringen trachtet. Anstelle von zwei solchen Hilfsmeßdüsen könnten auch zwei Hilfsmeßspulen entsprechend der Spule 18 vorgesehen sein, die dann die Meßköpfe in symmetrische Lage bezüglich des Kabelleiters steuern. Es wäre denkbar, die beiden Hilfsmeßdüsen zugleich zur Servosteuerung der Zustellung der Meßköpfe zum Meßobjekt zu benutzen, indem ein Servosystem auf Dmckdifferenzen zwischen den beiden Hilfsmeßdüsen und ein zweites Servosystem auf den Druck in der einen Hilfsmeßdüse oder den durchschnittlichen Druck in beiden Hilfsmeßdüsen anspricht

Die Arbeitsweise der dargestellten Vorrichtung ist wie folgt:

Bei der dargestellten Meßstellung iäuft das Kabel 2 durch die Meßeinrichtung durch. Die beiden Meßdüsen 16 werden unabhängig voneinander durch die ihnen zugeordneten Servostauerungen auf eine ganz bestimmte Distanz an die Kabeloberfläche zugestellt. Durch die Zustellung der unteren Meßdüse 16 auf eine ganz bestimmte Distanz zur Kabeloberfläche wird auch die Meßspule 18 auf eine bestimmte Distanz an die Kabeloberfläche angenähert. Ihr elektromagnetisches Feld dringt in den Kabelleiter ein und wird durch denselben beeinflußt, wobei die Beeinflussung von der Distanz der Spule vom Kabelleiter abhängt, also von der Schichtdicke der Isolation. Ist die Messung für die dargestellte Lage vorgenommen und ausgewertet, was sehr rasch erfolgen kann, wird die Servosteuerung automatisch unwirksam gemacht und die Träger 13 und Meßdüsen 16 werden durch eine übergeordnete automatische Steuerung vom Kabel entfernt. Dann erfolgt eine Drehung des Trägers 9 im Gehäuse 7 um 90°, so daß die Meßköpfe bestehend aus den Trägern 13, den Meßdüsen 16 und der Meßspule 18 in horizontale Lage gelangen. Sie werden jetzt wieder gegen das Kabel zugestellt und zugleich die Servosteuerung wirksam gemacht, so daß eine neue Messung erfolgen kann. Nach erfolgter Messung werden die Meßköpfe wieder abgehoben und um weitere 90° gedreht und zugestellt. In dieser Weise wird nacheinander in kurzen Zeitabständen an um je 90° versetzten Stellen gemessen wobei die Meßorgane jeweils möglichst kurzzeitig gegen das heiße Kabel angenähert werden und somit nicht übermäßig erhitzt werden.

Die Messung in unmittelbarer Nähe des Spritzkopfes 1 ist nicht nur von Bedeutung für die sofortige Erfassung von Fehlern, sondern auch für die genügend genaue Orientierung der Meßeinrichtung bezüglich des Kabels. Die berührungslose Messung erlaubt nämlich nicht eine direkte gegenseitige Orientierung von Meßobjekt und Meßfühler durch Berührung. Selbst dicke Kabel werden zwischen dem Spritzkopf 1 und dem nächsten möglichen Stützpunkt etwas durchhängen. Wenn daher auch angenommen werden darf, die Meßdüsen 16 befinden sich in der vertikalen Lage nach F i g. 2 symmetrisch in der Mittelebene des Kabels, muß dies bei horizontaler Stellung der Meßköpfe nicht mehr unbedingt zutreffen. In Fig. 3 ist angedeutet, daß bei leichtem Durchhang des Kabels die Meßdüse 16 und damit auch die Meßspule 18 asymmetrisch in bezug auf das Kabel zugestellt werden können, was bei erheblicher Asymmetrie zu Meßfehlern im pneumatischen Servosystem wie im elektromagnetischen Dickenmeßsystem führt. Beim Ausi'Chrungsbeispiel ist nun durch die Hilfsmeßdüsen 16' bzw. entsprechenden Hilfsmeßspulen und das zugeordnete Servosystem für eine ständige Zentrierung oder Symmetrierung des Meßkopfes bzw. seiner Meßspule 18 gesorgt.

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Es können andere Meßobjekte, ζ. B. isolierte Rohre, gleichen mit entsprechend ausgebildeten Maßeinrich-

in welchen sich ein leitender Körper befindet und der- tungen geprüft werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke einer Schicht aus Isoliermaterial über einem metallischen Teil mit gekrümmter Oberfläche, an mindestens einer gekrümmten Stelle dieser Oberfläche, insbesondere an einem isolierten Draht oder Kabel, wobei mindestens ein Meßkopf durch eine berührungslos wirkende Servosteuerung bezüglich des Meßobjektes in einer bestimmten Lage gehalten ist und wobei Mittel zur Ermittlung der Schichtdicke vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Meßkopf (13) längs des Umfangs der gekrümmten Oberfläche versetzt angeordnete Meßfühler vorgesehen sind, die mit der Servosteuerung zur Lagebestimmung des Meßkopfes bezüglich des Meßobjektes verbunden sind.

2 Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß versetzt angeordnete Meßspulen vorgesehen sind, die zur Lagebestimmung des Meßkopfes (13) bezüglich des metallischen Teils dienen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Meßkopf (13) versetzt angeordnete Meßdüsen vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Servosteuerung den Meßkopf (13) in zwei Koordinatenrichtungen, z. B. radial und tangential zur gekrümmten Oberfläche zu verstellen gestattet