DE2164601A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchmesserbestimmung von draehten - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Durchmesserbestimmung von Drähten Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Durchmessers von sich in der Produktion befindlichen langen blanken oder isolierten Drähten.
• Es sind bereits Verfahren bekannt geworden, die jedoch, was die mechanische Methode betrifft, eine Betriebsunterbrechung bedingen und bei den optischen Verfahren, mit denen zwar berühmxngsfrei gearbeitet werden kann, die aber bei isolierten Drähten versagen.
• ufgabe der Erfindung ist es, die Messungen sowohl ohne Betriebsunterbrechungen als auch ohne Rücksicht auf das Vorhandensein einer Drahtisolierung vornehmen zu können.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß der Durchmesser des sich ständig bewegenden Drahtes auf elektrischem Wege kontinuierlich und berührungslos gemessen wird. Die Durchmesserbestimmung wird hierbei an dem mit relativ hoher Geschwindigkeit~den Produktionsprozeß durchlaufenden Draht vermittels des Wirbelstromverfahrens vorgenommen, indem die messtechnische Verbindung zum Draht über ein magnetisches Wechselfeld hergestellt und der Durchmesser des sich ständig bewegenden Drahtes über eine Induktivmessung bestimmt wird.
• Der Draht wird hierzu in exakt definierter Lage durch eine zylindrische Meßspule geführt und zur Messung der Induktivität eine Stromquelle und eine Spannungsmesseinrichtung angeschlossen, bzw. es wird eine Schaltung verwendet, bei der die Messung des induktiven Anteiles der Meßspule durch phasenempfindliche Gleichrichtung mittels eines um 900 versthobenen Referenzsignals erfolgt. Wählt man einen geeignete Meßfrequenz, so ergibt sich eine einfache mathematische Beziehu ng zwischen Durchmesser und Induktivität der Spule.
• Zur Durchmesserbestimmung muß durch richtige Einstellung der Xeßfrequenz der Einfluß der veränderlichen Beitfähigkeit des Drahtes auf das Meßergebnis ausreichend vermindert werden.
• Das Prinzip der Zuordnung von Meßspule und Draht zeigt Fig.1.
• Die Induktivität der Spule mit Draht beträgt: Hierin bedeuten: d = Eindringmaß = f = Frequenz # = Leitfähigkeit = = Permeabilität r t Drahthalbmesser Aa = Spulenquerschnittsfläche Ab = Drahtquerschnittsfläche Die Induktivität La der Spule ohne Draht ergibt sich zu Hierin bedeuten: # = Windungszahl i = Spulenstrom = = magn.Fluß B1 ist die Induktivität, die dem reellen magn. Fluß r im Draht zuzuordnen ist. Sie ist abhängig von der Leitfähigkeit Die Induktivität T2 hat den magn.Fluß c im Restluftraum zur Ursache.
• Der Imahinärteil 121 im des Flusses im Draht verursacht einen Verlustwiderstand R1.
• R1 =(» 0 1 ( 4 ? Die in den Gleichungen (2), (3) und (4) definierten Größen ergeben das Spulenersatzschaltbild Fig. 2.
• Die Gl. (1) eröffnet die Xöglichkeit der Durchmesserbestimmung nach dem Prinzip der Feldverdrängung. Dazu erhöht man die Meßfrequenz soweit, bis der - Einfluß auf das Meßergebnis verschwindet oder zumindest bis - Änderungen das Meßergebnis nicht mehr verfälschen und das zu messende Signal als reine Funktion des Drahtdurchmessers d resultiert.
• Zur Messung wird der Durchmesser d --2r des sich ständig bewegenden Drahtes 1 gemäß Fig. 1 über eine Induktivitätsmessung bestimmt. Der Verlustwiderstand R1 der Meßspule 2 wird dabei nicht mitgemessen (phasenempfindliche Gleichrichtung) Aus Gl. (1) wird Erste Näherung mit Zweite Näherung mit Die zweite Näherung ist zwar besonders praktisch, da sie den - Einfluß völlig eliminiert, führt aber bei dünnen Drahtdurchmessern zu sehr hohen, die Meßgenauigkeit verringernden Frequenzen.
• Dagegen ist die erste Näherung auch für dünne Drähte brauchbar, wenn man davon ausgeht, daß nur die Änderungen von zu eliminieren sind.
• kann die Näherungsbedingung ( ra = Halbmesser der Spulenbohrung ) eingehalten werden, wenn ra r 3r ist, eine Annahme, die fiir dünne Drähte sicher gilt. Die benötigten Meßirequenzen berechnen sich nach Die Messung der Induktivität Lm erfolgt mittels Stromspeisung und Spannungsmessung (siehe Fig.2).
• Damit wird aus Gl. (6) Die Meßschaltung zeigt Fig. 3. Sie mißt den induktiven Anteil der Meßspule durch phasenempfindliche Gleichrichtung mittels eines um 900 verschobenen Referenzsignals.
• In Fig. 3 bedeuten: cf K1; K2 Eich - Stellglieder R Rechner für Gl.9 900 Phasenschieber G Rechteckgenerator mit Quarz, frequenz- und amplitudens tabilisiert F Schmalbandftlter für de Grundwelle f G I Stromgenerator, evtl. auch hoher Vorwiderstand MS Meßspule V Trennverstärker M Multiplikator A/D Analog - Digital - Wandler T Tntegrator R Recheneinheit für Gl. (16) A Digitale Anzeige.
• Wichtig für das Erreichen der gewünschten Genauigkeit bei der Durchmesserbestimmung ist eine genaue Führung des Drahtes in der Halterung 3 der Meßspule 2. Es ist zweckmäßig, den in der Spule 2 laufenden Draht 1 in der Spulenhalterung 3, die gleichzeitig als Abschirmung dienen kann, zwangsläufig rollend oder gleitend zu führen. Dabei kommt es nicht so sehr darauf an, dem Draht eine genau zentrische Lage zu geben, als vielmehr darauf, daß sich die einmal eingenommene Drahtposition relativ zur Spule im Laufe des Betriebes nicht ändert. Leichte Drahtechwingungen verfälschen das Meßergebnis nicht, da die dadurch bedingte Modulation des Meßsignals elektronisch eliminiert werden kann. Für jeden Drahtdurchmesser ist ein optimaler Meßkopf zu verwenden, bei dem das Verhältnis DrahtquerschnittsSläehe zu Spulenquerschnittsfiäohe möglichst groß ist, d.h. das Verhältnis ist etwa gleich oder kleiner als ein. Mehrere Meßköpfe können zu einer 2,evolÇeranordnung zusammengefasst werden, wobei ein meßkopf aus einer abgeschirmten Meßspule und der entsprechend zugeschnittenen, thermostatisierten analogen Elektronik besteht.

Claims (9)

1. PAtENTASPRUCHE s

   Verfahren zum Messen des Durchmessers eines sich in der Produktion befindlichen langen, blanken oder isolierten Drahtes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Durchmesser des sich ständig bewegenden Drahtes auf elektrischem Wege kontinuierlich und berührungslos gemessen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Durchmesser über eine Induktivmessung bestimmt wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der sich in Längsrichtung bewegende Draht (1) durch eine Meßspule (2) umschlossen ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n 2 e i c h n e t , daß zur Messung der Induktivität eine Stromquelle und eine Spannungsmesseinrichtung angeschlossen ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Schaltung, bei der die Messung des induktiven Anteils de! Meßspule durch phasenempfindliche Gleichrichtung mittels eines um 9oOverschobenen aeferenz;signa7 erfolgt.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Meßeinrichtung, bei der die Meßfrequenz so gewählt wird, daß der Einfluß der Leitfähigkeit ausschaltbar ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, g e -k e n n z e i c h n e t durch jeweils eine dem gegebenen Drahtdurchmesser optimal angepasste Meßspule, bei der das Verhältnis der Drahtquerschnittsfläche (Ab) zur Spulenquerschnittsfläche (Aa) etwa gleich oder kleiner als eins ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t S daß die Meßspule in einem Revolverkopf angeordnet sind.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, d a d u r 0 h g e k e n n z e i c h n e t , daß der in der Spule (2) laufende Draht (1) in einer Spulenhalterung (3) zwangsläufig rollend oder gleitend geführt ist.

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