DE3117942A1 - Verfahren und vorichtung zum messen einer dimension eines objekts in einer fluessigkeit und anwendung des verahrens - Google Patents

Verfahren und vorichtung zum messen einer dimension eines objekts in einer fluessigkeit und anwendung des verahrens

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DE3117942A1 DE19813117942 DE3117942A DE3117942A1 DE 3117942 A1 DE3117942 A1 DE 3117942A1 DE 19813117942 DE19813117942 DE 19813117942 DE 3117942 A DE3117942 A DE 3117942A DE 3117942 A1 DE3117942 A1 DE 3117942A1
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Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer Dimension eines Objekts in einer Flüssigkeit und Anwendung des Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer Dimension eines Objektes in einer Flüssigkeit/ insbesondere eines durch ein Kühlbacf laufenden extrudierten Stranges.
Bei der Herstellung extrudierter Kunststoffprodukte oder bei der Ummantelung von Leitern bei der Kabelherstellung ist es erwünscht, die Dimensionen des extrudierten Stranges nach dem Austritt aus dem Extruder so rasch als möglich zu erfassen, um eventuelle Fehler so rasch als möglich zu korrigieren. Man sollte also die Dimensionen bereits in dem unmittelbar an die Extruderdüse anschliessenden Kühlbad und nicht erst nach dem Austritt aus diesem Kühlbad ermitteln können. Der Messung im Kühlbad stehen jedoch verschiedene Schwierigkeiten entgegen. Eine von oben in das Kühlbad einragende Messvorrichtung behindert nicht nur das Einführen des Stranges in dasselbe, sondern erfordert auch eine gewisse minimale Weite des Kühltroges. Eine Messung ohne in den Kühltrog eintauchende Geräteteile ist sehr schwierig, weil die Oberfläche der Kühlflüssigkeit stark bewegt ist und somit eine genaue optische Messung verunmöglicht.
Es ist das Ziel vorliegender Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine genaue Messung
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einer Dimension eines Objekts in einer Flüssigkeit, insbesondere eines durch ein Kühlbad laufenden extrudierten Stranges ohne die erwähnten Nachteile und Schwierigkeiten erlaubt. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man durch mindestens eine einseitig an der Flüssigkeit anliegende Begrenzung die Dimension berührungslos misst. Die Begrenzung ist vorzugsweise als Fenster an dem die Flüssigkeit enthaltenden Gefäss ausgebildet, durch welches Fenster die Dimension optisch gemessen wird. Im allgemeinen wird man zwei Fenster an gegenüberliegenden Wänden des Gefässes anbringen und durch diese Fenster hindurch die Dimension messen. Um den oben erwähnten Einfluss der bewegten unebenen freien Oberfläche der Flüssigkeit zu vermeiden, kann gegebenenfalls eine durchsichtige Platte auf die Flüssigkeit aufgelegt werden, durch welche hindurch eine optische Dimensionsmessung vorgenommen werden kann.
Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des erwähnten Verfahrens näher erläutert.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen schematisch je ein Ausführungsbeispiel, und
Figur 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel.
Gemäss Fig. 1 wird ein soeben im Extruder mit einem isolierenden Mantel versehenes Kabel 1 in Richtung seiner Längsachse durch ein Kühlbad 2 in einem oben offenen Kühltrog 3 geführt.
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Die seitlichen Wände*Ade"s Külli trüge alncT an gegenüberliegenden Stellen mit Oeffnungen 4 versehen, gegen deren Ränder von aussen je ein Fenster 5 dichtend anliegt. Die Fenster 5 können entweder Teil des Troges 3 oder Teil je eines Anbau-Gerateteils 6a bzw. 6b sein. Die Geräteteile 6a und 6b bilden gemeinsam ein Messgerät zur Ermittlung des Durchmessers des Kabels 1. Aufbau und Funktionsweise dieses Messgerätes sind nicht Gegenstand vorliegender Erfindung, und es können beliebige optische Messinstrumente verwendet werden, welche den Durchmesser mit der erforderlichen Genauigkeit zu ermitteln gestatten. Anhand der Figuren 2 und 3 werden übrigens zwei Arten von Messgeräten etwas näher erläutert.
Das Messverfahren bzw. die Messvorrichtung nach Fig. 1 weist verschiedene Vorteile auf. Der Kühltrog 3 bleibt oben unverändert und frei zugänglich, sodass der Beginn des Kabels 1 ohne jede Behinderung in den Kühltrog eingeführt und durch denselben durchgezogen werden kann. Der freie Spiegel der Kühlflüssigkeit 2 ist besonders beim Einführen des Kabels 1, aber auch später infolge der Bewegung des Kabels bewegt und uneben, was jedoch für die Messung keinerlei Rolle spielt, weil durch die planparallelen Fenster 5 und die direkt an dieselben anliegende Kühlflüssigkeit 2 keinerlei unregelmässige optische Brechung und somit keine Verfälschung des Messergebnisses stattfinden kann. Das Gerät nach Fig. 1 kann mit kleinem Aufwand an einem bestehenden Kühltrog angebracht werden. Es sind lediglich geeignete Ooffnungen 4 auszubrechen und an den Seitenwänden geeignete Befestigungsmittel für die Anbau-Geräteteile 6a und 6b vorzusehen.
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Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ausftihrungsform wie Fig. lr wobei entsprechende Teile auch gleich bezeichnet sind wie in Fig. Der Kühltrog 3 ist mit Fenstern 5 versehen, und der Kühltrog mit den Fenstern greift in den Messraum eines Messinstrumentes 7, welches den Kühltrog 3 rachenförmig umfasst. Wie in Fig. 2 angedeutet ist, wird im einen Geräteteil ein Laserstrahl durch einen rotierenden mehrflächigen Spiegel 8 periodisch abgelenkt und über einen Spiegel 9 und eine Optik 10 mit bestimmter Geschwindigkeit über das Objekt 1 abgelenkt. Der Strahl wird durch eine Sammeloptik 11 einem fotoelektrischen Wandler 12 zugeführt, und das Ausgangssignal wird so verarbeitet, dass aus der Dauer der Abblendung des Strahles durch das Objekt auf die Dimension des Objekts geschlossen wird. Auch die Ausbildung nach Fig. 2 lässt sich ohne grossen Aufwand an einem bestehenden System verwirklichen und es kann ein bestehendes Messgerät verwendet werden.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das weitgehend demjenigen nach Fig. 2 entspricht, wobei in Fig, 3 entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in Fig. 2. Anstelle des Empfangsteils 11, 12 des Messgerätes ist gemäss Fig. 3 in der Durchgangsebene des Laserstrahls ein durchscheinender, das Licht diffus streuender Körper 4 0 z.B. aus Milchglas mittels eines Halters 41 eingehängt. Dieser Körper 40 ist am oberen Ende dicht mit einem Gehäuse 42 verbunden, in welchem sich eine . Photozelle befindet, die über eine Leitung 4 3 mit der im Sendeteil des Messgerätes befindlichen Messelektronik verbunden ist.
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Die Messelektronik ist ihrerseits mit einem Anzeige- und/oder Steuergerät 44 verbunden. Die Arbeitsweise der Messvorrichtung nach Fig. 3 entspricht, derjenigen nach Fig. 2. Solange der Laserstrahl durch die Kühlflüssigkeit 2 durchtritt, erzeugt er im Körper 40 eine diffuse Beleuchtung, die auch die Photozelle 12 beeinflusst, die dann ein Signal abgibt, welches klar unterscheidbar ist von einem Ruhesignal das auftritt, wenn der Laserstrahl nicht durch das Fenster eintritt oder durch das Objekt 1 unterbrochen ist. Die Ausführung nach Fig. 3 hat den Vorteil, dass nur ein Fenster 5 an einer Seite des Kühltrogs 3 vorzusehen ist.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher entsprechende Teile wiederum gleich bezeichnet sind wie in Fig.l. Der Kühltrog 3 ist am Boden mit einer Oeffnung 13 versehen, welche durch ein planparalleles Fenster 14 dicht verschlossen ist. Am einen Rand des Troges 3 ist eine planparallele Glasplatte 15 schwenkbar angeordnet, üeber der Platte 15 befindet sich der eine Teil 16a eines Messgerätes, welches dazu dient, ein Bündel parallelen Lichts durch die Platte 15 in den Bereich des Objekts 1 zu werfen. Unter dem Trog 3 befindet sich ein Empfängerteil 16b des Messgerätes mit einer Sammeloptik 17, einem rotierenden mehreckigen Spiegel 18 und einem fotoelektrischen Wandler 19. Der fotoelektrische Wandler 19 befindet sich in einem Gehäuse mit einem schmalen Eintrittsschlitz·.
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Bei der dargestellten Betriebsstellung liegt die Platte 15 auf dem freien Spiegel der Kühlflüssigkeit 2 und taucht soweit in dieselbe ein, dass sie an der Unterseite stets vollständig mit der Flüssigkeit in Berührung steht. Es können also dort keine das Lichtbündel störende optische Brechungen stattfinden. Das durchtretende Lichtbündel wird durch den rotierenden Spiegel durch den Spalt auf den fotoelektrischen Wandler geworfen, dessen Belichtung unterbrochen wird, solange die durch das Objekt 1 verursachte Lücke im Lichtbündel auf den Spalt des Gehäuses des Wandlers geworfen wird. Das erzeugte elektrische Signal weist also einen Unterbruch auf, welcher der Dimension des Objekts 1 entspricht.
Zum Einführen des Objekts 1 kann die Platte 15 nach oben oder aussen geschwenkt werden, und der Geräteteil 16a kann erforderlichenfalls vorübergehend entfernt werden, um das Objekt 1 einzuführen.
Während die Erfindung oben anhand des Beispiels der Ummantelung eines Kabelleiters oder Drahtes in einem Extruder beschrieben ist, können natürlich andere Objekte entsprechend gemessen werden, beispielsweise extrudierte Rohre oder andere Profile, aber auch andere Objekte in anderem Zusammenhang. Es können auch andere Messvorrichtungen verwendet werden. Während in den Ausführungsbeispielen optische Fenster vorgesehen sind, könnten gegebenenfalls Fenster für andere Strahlungen vorgesehen sein, die geeignet sind, die Dimension eines bestimmten Objektes zu messen* Es wäre letztlich auch möglich, das Gefäss
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für die Flüssigkeit aus einem Material anzufertigen/ welches für eine bestimmte Strahlung des Messgerätes durchlässig ist, in welchem Falle keine besonderen Fenster anzubringen wären.
Eine Kombination der Ausführungen nach Fig. 3 und 4 wäre in dem Sinne möglich, dass der Sendeteil 16b der Messvorrichtung nach Fig. 4 ausgerüstet mit einer Platte 15 nach Fig. 4 von oben aufsetzbar bzw. aufschwenkbar ist und der Empfangsteil 40, 42, 12 nach Fig. 3 ohne Halter 41 auf den Boden des Kühltroges 3 gelegt wird, wobei die Leitung 43 an der einen Trogseitenwand nach oben zum Sendeteil 16b, der auch die Messelektronik enthält, geführt ist. Man kommt in diesem Falle ohne jede Abänderung des Kühltroges, insbesondere ohne Fenster in einer Wand oder im Boden desselben aus.
Anstelle eines das eintretende Licht diffus streuenden Körpers 4 0 nach Fig. 3 kann man auch ein geeignetes Spiegelsystem verwenden.
Figur 5 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel des beschriebenen Verfahrens, bzw. einer dargestellten Vorrichtung. Ent>sprechende Teile sind gleich bezeichnet wie in den Figuren 1-4. Es sind zwei Messgeräte vorgesehen, von welchen jedes Geräteteile 6a und 6b aufweist und von welchen das eine möglichst nahe dem Eintritt des Kabels 1 in das Kühlbad 2 angeordnet ist, während das andere nach dem Kühlbad und jedenfalls an einer Stelle angeordnet ist, wo das Kabel vollständig erkaltet ist. Das
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Kabel 1 wird in e,inem Extruder 20 ummantelt und tritt unmittelbar nach seinem Austritt aus dem Extruder in das Kühlbad 2 ein. Der Ausgang der Elektronik 2Il des Messgerätes im Bereiche des Kühlbades ist mit einem Anzeigeinstrument 221 und mit dem einen Eingang einer Vergleichschältung 23 verbunden. Der Ausgang der Elektronik 212- des nach dem Kühlbad angeordneten Messgerätes ist mit- einem Anzeigeinstrument 222 und dem einen Eingang einer Vergleichsschaltung 24 verbunden. Der andere Eingang der Vergleichsschaltung 24 ist mit einem Sollwertgeber 25 verbunden, de'r ein dem Sollwert des Durchmessers des erkalteten Kabels entsprechendes Signal 'abgibt. Dieser Sollwert wird direkt an einen" Eingang einer Summierschaltung 26 angelegt. An einen weiteren Eingang gelangt das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 24, welches Signal der Abweichung des ermittelten Durchmessers des erkalteten Kabels vom Sollwert entspricht. Der Summierschaltung 26 wird schliesslich auch ein Signal aus einem Schrumpfwertgeber 27 zugeführt, welches Signal der Schrumpfung des Kabeldurchmessers zwischen den beiden Messstellen entspricht. Das am Ausgang der Summierschaltung 26 erscheinende korrigierte Sollwertsignal wird der Vergleichsschaltung 2 3 zugeführt. Ein der Abweichung des Ausgangssignals der Elektronik 211 vom Ausgangssignal der Summierschaltung 26 entsprechendes. Regelsignal wird über einen Verstärker 28 an den Extruder weitergeleitet und steuert dort einen Stellmotor 29.
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-;.:-": -' 31179A2
Der Vorteil der Anordnung liegt darin, dass eine erste Erfassung des Aussendurchmessers des Kabels innert sehr kurzer Zeit T^ nach erfolgter Ummantelung des Kabels und damit eine erste Regelung sehr schnell vorgenommen wird. Starke Abweichungen vom Sollwert werden daher sehr schnell korrigiert. Längerfristig erfolgt mit einer gewissen Verzögerung T2 eine zusätzliche Regelung auf den genauen Sollwert des erkalteten Kabels über die Regelschlaufe 212, 24, 26. Es sei angemerkt, dass in Wirklichkeit das Verhältnis zwischen den Distanzen, bzw. Zeiten T2 und T^ wesentlich grosser ist als in der schematischen Figur 5 dargestellt.
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Leerseite

Claims (6)

  1. WILLY LORENZ
    Patentanwalt
    Hubertusvtialse 83!'.
    D-8035 Gauting
    « ΜϋΐΗΐκ·ιι(ϋ89»850603ίι· "l· IiRI-VI-T
    Telex 521707 lore d Tclekopicivi
    Zumbach Electronic AG 6. Mai lyöl
    CH-2552 Orpund Meine Akte:/ ',.'-.j.DK
    PATENTANSPRUECHE:
    ■φ
    ( 1 j Verfahren zum Messen einer Dimension eines extrudierten Stranges in einem Kühlbad dadurch gekennzeichnet, dass man durch mindestens eine einseitig an der Flüssigkeit (2) des Kühlbades (3) anliegende Begrenzung (5, 14, 15) die Dimension berührungslos misst.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man durch mindestens ein Fenster (5, 14) die Dimension optisch misst.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man durch zwei an einem oben offenen Trog, in dem sich die Flüssigkeit (2) und das Objekt (1) befinden, an seitlich gegenüberliegenden Stellen liegende Fenster (5) misst.
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  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man auf den freien Flüssigkeitsspiegel als Begrenzung eine planparallele Platte (15) auflegt und durch dieselbe misst.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Gefäss zur Aufnahme der Flüssigkeit und des Objekts, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine an der Flüssigkeit (2) anliegende Begrenzung (5, 14, 15) vorgesehen ist, welcher mindestens ein Teil eines Messgerätes (6a; 6b; 7; 16a; 16b) für die Dimension des Objektes (1) vorgelagert ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Messgerät (6a; 6b; 7; 16a; 16b) vorgesehen ist, das mindestens einem Fenster oder einer auf einem freien Flüssigkeitsspiegel liegenden durchsichtigen Platte (15) vorgelagert ist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei seitlichen Fenstern (5) des Gefässes (3) je ein an einer Gefässwand befestigter Anbauteil (6a, 6b) vorgelagert ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss (3) mit an seinen gegenüberliegenden Wänden angebrachten Fenstern (5) in den Messraum eines rächenförmigen Messgerätes (7) ragt.
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    9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (16b) des Messgerätes einem Fenster (14) am Boden des Gefässes un ein Teil des Messgerätes (16a) einer auf dem freien Flüssigkeitsspiegel liegenden durchsichten Platte (15) vorgelagert ist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (15) wegschwenkbar am Gefä'ss (3) angebracht ist.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein gebündelter Lichtstrahl, insbesondere Laserstrahl, in Richtung der zu messenden Dimension über das Objekt (1) abgelenkt und einem lichtempfindlichen Empfänger (12) zugeführt wird, wobei ein das Licht diffus streuender Körper (40) im Kühltrog (3) angeordnet ,ist, in welchen der Lichtstrahl eintritt und an welchem Körper (40) der lichtempfindliche Empfänger (12) angebracht ist.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11 mit einer auf den freien Spiegel der Kühlflüssigkeit legbaren durchsichtigen Platte (15), dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (40) und der lichtempfindliche Empfänger (12) am Boden des Kühltrogs angeordnet sind.
    13. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, zur Regelung des den Strang erzeugenden Extruders, dadurch gekennzeichnet,
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    dass man eine erste Messung des im Kühlbad (2) befindlichen Stranges (1) zur schnellen Regelung und Korrektur auftretender Abweichungen von einem Sollwert und eine zweite Messung am gekühlten Strang zur zusätzlichen Regelung auf den Sollwert des gekühlten Kabels vornimmt.
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