DE3318345A1 - Vorrichtung zur pruefung der oberflaeche von kabeln oder laenglichen gegenstaenden - Google Patents

Description

yorrichtung-.^zur Prüfung der Oberfläche^ yon Kabeln 'oder länglichen

Bei der Herstellung von Kabeln sind Oborflächenfahler im Schutzmantel nahazu unvermeidlich. Die wichtigstan Fehler äußern sich als Löcher, Vertiefungen oder Ausbeulungen. Überwachungsgeräte_f welche wahrend der Produktion Oberflächenfehler detektieren, sind nicht bekannt. Die bisher betriebene Überwachung beschränkt sich auf eine von einer Person durchgeführte Prüfung beim Aufwickeln des Kabels auf eine Trommel.

Der Erfindung liegt daher die' Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Prüfung der Oberfläche von Kabeln oder ähnlichen länglichen Gegenständen zu schaffen, mit der kontinuierlich automatisch eine

BAD ORIGINAL

KuLOptirm PiXont AUoi-jk·;-« /,ufCoInmsrMiC' ν«·ι·Μ·<·(ι·ι· ΙκΊιη ) '.iirnp.'UMOht-n I ',Uomiiml T>outHo)io Hunie AO Jlnnibm-g·, NV. ΟΠ/ΜΗ 4Ο7 (KiI-Z 200 70Of)O, · Po.^tKoh^rk Hi>mtnii-fi 2HzIu-

ψ ir

Fehlorprüfung durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein Lichtdetektor im Abstand voneinander angeordnet sind, mit dem Lichtdetektor eine Auswertevorrichtung verbunden ist, die den Reflexionsfaktor der Oberfläche •ermittelt und ein Anzeigesignal erzeugt, wenn der Reflexionsfaktor von einem vorgegebenen Wert abweicht, und Lichtquelle und/oder. Lichtdetektor optisch so ausgestaltet sind, daß der Detektor Lichtstarahlen von einem begrenzten Flächenelement der Oberfläche empfangt, auf das Licht unter einem Raumwinkel auftrifft und/oder von dem Licht unter einem Raumwinkel reflektiert wird.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß der Reflexionsfaktor der Oberfläche eines Kabels innerhalb einer gewissen Schwankungsbreite konstant ist. Mit Hilfe einer Reflexionsmessung läßt sich daher nach der Lehre der Erfindung ein Fehler detektieren, ζ. B. in Form eines Loches, einer Blase, einer Materia !Verunreinigung usw. Erschwerend tritt jedoch hinzu, daß die Oberfläche eines Kabels normalerweise nicht gleichmäßig ist, sondern unregelmäßig wiederkehrende Unebenheiten aufweist, welche für eine Reirlcxionsniessung außerordentlich störend sind. Der Detektor vermag'nicht zu unterscheiden, ob der geänderte Reflexionsfaktor aufgrund eines Fehlers 'oder aufgrund der besagten Unebenheit

zurückzuführen ist.

BAD ORIGINAL

Es ist daher erforderlich, die normalerweise vorhandenen Oberflächen-unregelmäßigkeiten, welche in keiner Weise störend sind,

von den eigentlichen Fehlern zu diskriminieren. Dies ist insofern möglich, als die Fehler zumeist abruptere Richtungsänderungen (z. B. Löcher odc3: ttlcison) bewirken a.1s dies box unschädlichen Unregelmäßigkeiten der Fall ist. Betrachtet man einen einzigen, von einer Lichtquelle herrührenden Strahl, dann wird er innerhalb des tolerierten Unroge.imäßigkeitsberoiehec .innerhalb eines maximalen Raumwinkels reflektiert. Die Schwankung des Reflcxionsw:ilike Is kann z. B. bei - 15 liegen. Wird nun die der Lichtquelle bzw, dem Detektor zugeordnete Optik so eingerichtet, daß innerhalb des Toleranzbereiche.o der Detektor stets annähernd die gleiche Lichtmenge ,'erhält, ist mithin eine Referenz geschaffen, um Abweichungen hiervon aufgrund eines Fehlers zn erkennen.. Weicht der ermittelte Reflexionsfaktor von dem Referenzwert um einen bestimmten Betrag ab, wird dies gerneidet, um den Fehler ausfindig zu machen.

Zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Prinzips gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann die Lichtquelle ein Laser sein, der einen engen parallelen Lichtstrahl auf ein .Flächenelement der Oberfläche des Kabels richtet. Ein Detektor, z. B. eine Fotodiode "betrachtet" dieses Flächenelement über eine relativ im Durchmesser große Linse. Die große Linse steült sicher, daß bei Richtungsänderungen des Flächenelements relativ zu den optischen Achsen, welche aufgrund normaler Oberflächcnunrege.lmäßigkeiten entstehen, 'stets annähernd die gleiche Lichtmenge vom Detektor empfangen wird. Dies ist dann nicht mehr der Fall, wenn eine Blase, ein Loch oder dergleichen bestrahlt

Eine andere Möglichkeit besteht erf induiigs gemäß darin, das'Licht einer annähernd punkt formiere η Lichtquelle -über eine Linse annähernd punktförmig auf die Kabeloberfläche auftreffen zu lassen. Betrachtet der Detektor diesen Punkt über ein Linsensystem ausschließlich,, führen auch in diesem Fall tolerierbare Oberflächenunregelmäßigkeiten nicht zu einer Änderung der vom Detektor empfangenen Lichtmenge.

. - ..·■■·■

Schließlich kann die Lichtquelle" cino. flächige Ausdehnung erhalten, während der Detektor, nur Licht aus einem diskreten bestrahlten Bereich empfängt. Auch hier wird der Detektor im Poreich toJerierbarer Oberflächununregolniäßigkeitcn annähernd die gleiche Lichtmenge erhalten.

Soll eine Flächenprüfung um ein Kabel herum durchgeführt werden, versteht sich, daß eine Vielzahl der beschriebenen optischen Anordnungen notwendig sind, um alle Flächenbereiche eine:s sich durch die Prüfvorrichtung hindxirchbciwogcndcn Kabels zu erfassen. In diesem Zusammenhang sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, _daß eine ringförmige, axial begrenzt ausgedehnte Lichtquelle das Kabel im radialen Abstand umgibt und eine ringförmige Anordnung e:inr.-r Vielzahl von Detektoren im axialen Abstand zur Lichtquelle im radialen Abstand das Kabel umgibt, wobei den Detektoren jeweils nur ein begrenztes Flächenelement des Kabels zugeordnet ist. Die einzelnen Flächenelemente grenzen vorzugsweise aneinander oder überlappen einander und bilden vorzugsweise eine das Kabel umgebendekingEJäche , Dies w.ird durch die spezielle Anordnung der

BAD ORIGINAL

Detektoren und Zuordnung spezifischer Optiken erreicht. Die Detektoren, z. B. Fotodioden, empfangen Licht nur vom begrenzten Flächenelement, das jedoch ir.it Strahlen inner-halb eines bestimmten Raumwinkels bcs Lr/ihlL wird. Obc:r-nächonr:chwankungi:n im to Je-- ^; rierbaren Bereich führen daher nicht zu einer Anderuii'j der vom ' -" Detektor empfangenen Liehi/mengo. ' D.U:r; ic (: er;;i: dann der Fall, wenn ein Fehler, etwa in Form einer B] acc; oder eines Loche;· auftritt*

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lichtqrielle aus mehreren hintereinander angeordneten ringförmigen Lichteleraenteη besteht, die wahlweise einschaltbar sind. Je größer die Anzahl der eingeschalteten Lichtelerr.o.ntc ict, umso größer können die Oberflächensahwankur.gon sein, die als tolerierbar hingenommen v/erden können. Mit Hilfe· der Zu·- und Abschaltung der Lichteleiuente läßt sich daher der tolerierbare Bereich ändern, was insbesondere eine gute Anpassung an eine unterschiedliche Oberflächengüte oder an unterschiedlichen Material des Aussenmantels ermöglicht.

Durch Zu- und Abschaltung der der Detektoranordnung nächstliegenden Lichte Ie nie η te läßt sich aur.erdeni der Abstand zwischen .der Lichtquelle und der DotektoranOrdnung verändern und damit eine Anpassung an unterschiedliche Durchmesser der.; Kabels vornehmen.

Für die Auswertung der Ausgangssignale der Detektoren sieht ciiv.; weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß jedem-Detektor ein Speicher zugeordnet ist, eine Abtastvorrichtung die Speicher und

BAD ORIGINAL .../6

fry

VS

dxo Detektoren zyklisch abfragt und eJne Vergleichsvorrichtung den jeweiligen Speicherinhalt mit einem neuen Wert des Detektorsignals. vergleicht. Die.Speicher bilden jeweils den Mittelwert dos Ausgangssignals eines Detektors, v/obei in jedem nachfolgenden Zyklus ein Vergleich zwischen dem Detektorrjignal und dem Speicherinhalt vorgenommen wird. Erfolgt eine .Änderung des Reflexionsfaktors in vorgegebener Höhe, wird ein Oberflächenfehler gemeldet. Die Abfragung erfolgt in eijitir weiteren Ausgestaltung der Erfindung zve.ckmäßigerweifie nach Maßgabe der Vorachubgeschwindigkeit. Auf diese Weise ist es auch möglich, produktionsbedingte Änderungen des Reflexionsfaktors der CLer-f3.äche zu berücksichtigen/ soweit sie regelmäßig wiederkehren. Auf diese Weise kann 2.B. auch das Auftauchen einer Bedruckung berücksichtigt werden, welche ebenfalls zur Änderung des Reflexionsfaktors führt. Die Unterdrückung von solchen Fehlersignalen (welche in Wahrheit nicht von Fehlern herrühren) kann z.B. durch Deaktivierung der zugeordneten Fotodetektoren erfolgen..

BAD ORIGINAL

Mit Hilfe der Er£in<lun<j ist auf einfache Weine eine berührungslose Moüsip-cj von Kcibolobc-rf 3 üobeii auf fehler möglich. Es vci'stohv sich jedoch, daß auch andere, ähnliche Gegenstände inn HiJ)J).'! ick auf ihre Oberfläche cjoprüft werden können.

Ausführungsbeiopiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt äußerr;t schematise!! eine Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt äußeret .schematisch eine zweite Ausführung inform der Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt wiederum äußerst schematise!! eine dritte Atisfüh-

BAD ORIGINAL

rungr.for.m einer Vorr.iclii-.uny nach der Erfindung.

I¹'ig. 4 zo igt ο in Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung ,

Bevor auf die in den Zeichnungen dargestellten Einzelheiten näher c-!.i.)Kicganc|Cin v/iru, sei vorangestellt, daß jedes der beschriebenen Merkmale für eich, odor'in Verbindung m.it Merkmalen der Ansprüche von cj f indumj.'-.v/esenl J icher· )'.odouturig j s t.

In Fig. 1 ist die Oberfläche einer. Kobe j « 1Ö dargestelJt, das sich in Richtung clos Pfeils 11 vorbowegt. D:io Oberfläche enthält produhtionsbedingte Unregelmäßigkeiten. Ferner ist eine Blase 12 zu erkonneii, die als Fehler zu detektieren ist. Die schematisch dargestellte Prüfanordnung enthält eine Lichtquelle 13, die einen schmalen Lichtstrahl 14 auf die Oberfläche des Kabels 10 sendet. Die Lichtquelle: ist y.. Ii. ein Laser. Kino im Durchmesser vorhä.ltliifsjriäfi j.g große Liiisu 15 is t tiuf das F] ächoneJeinent 16 fokussiert, das vom Laser 13 bestrahlt v/ird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Linse 15 ist annähernd im Brennpunkt die Empfangsfläche eines L-ichtdetektors 16 angeordnet, z. B. einer Fotodiode. Das Ausgangssignol der Fotodiode gelangt auf eine Ausv/ertevorrichtung 17.

Ist die Oberfläche des Kabels 10 völlig glatt, wird das Licht vom Flächi.ineJcfiiiini: 16 cnI.lang der optischen Achse der Linse 15 reflektiert. Un:ege liii'ißigkoitcn, wir: sie zeichnerisch dargestellt sind., führen v.xx einer Ändc-rung des JiofJexioiiswinke Is. Innerhalb dos von der Linse 1Γ> cj. f^ßl^n Uamnv'inkelrj führen Änderungen des Ref lex.i on:;-

BAD ORIGINAL

' ' · I Cj

winkel.¹:; nicht zu einer Änderung eier Llehtirieiiyc, weld .tv; f" <.U-n Detektor 16 auftrifft. lij.iion korn; tanU.m' J<e (M-. xionnf aktor der Oberfläche des Kaboly K) vorausgesetzt, rühroii die produktioiisbedingten Unregelmäßigkeiten mithin y.u k«-i>':or Anzeige. Befindet sich hingegen die Blase 12. im Bereich der. Flächenelement« 16 (das Flächenelement IG ist wegen der stat ion/iron Anordnung von Lichtquelle und 3JiIcIItC]OtCkLOr stationär, wandert mithin auf der Oberfläche des Kabele ]0), liegt zumindest ein Teil de]; reflektierten " Strahlen weit außerhalb des Raumwinke Is, der von der Linse 15 noch erfaßt wird. Mithin koriuut er; zu einer Änderung der cim Detektor 16 empfange;non Ljchtinengo, welches von acr Auswerte vorrichtung 17 erfaßt und gemälde»., wird.

Fig. 2 zeigt ein ähnlicher. System w:ie Fig. 1. DctektierL wird wiederum die Oberfläche eines Pidbels 20, das sich in Richtung des Pfeils 11 vorbeweyt. Seine Oberfläche ist wiederum unregelmäßig und v/eist - als Fehler - eine Blase 22 auf. Eine punktförmige Lichtquelle 23 richtet ihre Strahlung über eine Linse 24 auf die Oberfläche der Kabels 20, und zwar' auf ein Flächenelement 25. Das Flächenelement 25 liegt annähernd im Brennpunkt der Linse; 24, ebenso wie die Lichtquelle 23 annähernd iir. Brennpunkt angeordnet ist. Ein Lichtdetektor, z. B. eine Fotodiode 26 'betrachtet" über eine Linse 27 ebenfalls das Flächenelement 25. Sein Ausgangrsignal wird auf eine AuswertevorrichLung 28 gegeben. Aufgrund dor Linse 24 treffen die Strahlen der Lichtquelle 23' innerhalb eines R a unw i η ke .1 s auf da s F1 ä c he ne 1 e me η t 25. Dieser Ra uinw i η ke 1 bet r ä g t z. B. 30 . Licht innerhalb dieses R-aumwinkels wird vom Detektor 26 empfangen, und y.wny in gleicher Menge, unabhängig von Unrege-1 ·

BAD ORIGINAL

iiiäßi'j]:'.. i [-.cii dor oberf J.äcln dc;» Κα bo lc 20. Erst eine Unebenheit, wie die Jj.liii.;<> 22, i'ührt zu Reflcxi onswinke In dor reflektierten StrailIoη, welche nicht mehr vom Detektor 26 empfangen v/erden. Das Ausgangesiynal dos Detektors 26 verändert mithin sein Niveau und führt zu einer Fehleranzeige.

Zur Üb:i3"prüfu)icj der gesamten Oberfläche des Kabels nach den Fig. 1 und Ί werden verzugsweise mehrere der cje zeigten Anordnungen am Umfang des Kabeln angeordnet» Eine alternative Möglichkeit ist in F ig. 3 d ar ge a te 1 it.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind un\ ein Kabel 30 drei ringförmige Lampen 31, 32, 33 angeordnet, und war koaxial zueinander und zum Kabel 30. Auf einem'Kreir, koaxial zuiri Kabel 30 und im axialen Abstand zu den Lampen 3]. bin 33 ist eine Vielzahl von I.ichtdetektoren, z. B. Fotodiode η 34 angeordnet. Jede Fotodiode 34 "betrachtet" ein Flächenelement auf der Oberfläche des Kabels 30 zwischen den Lampen 31 bis 33 \md den Fotodioden 34, ähnlich der Fotodiode 26 nach Fig. 2. In Fig. 4 ist schematisch die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 3 dargestellt.

Die lochte lernen Lf 31 bis 33 sind über Schalter 35 bis 37 an eine . ^ Cpaiimnicj.v.ciuel.lc . nnschl ießbar. Von den zahlreichen Fotodioden 34 nach F:ig. 3 sind lediglich fünf darge.^c;tu.llL. Sie sind jeweils mit einem Spcic-lh-r 38 verbunden. Eine. Aur.-wcrl-eschaltuny 3 9 besitz I: cine AbUaSuOiHrICi)I-UrIg, welche zyklisch sowohl die Ausgänge der Fotodioden 34 als auch die Speicher 3 8 abtastet, dargo.··;to] .11 durch die Abt.as ί-.armc 40 bzw. 41. nie Speicher 38 bilden

BAD ORIGINAL *

.../11

\/'..jf3.

jeweils den Mittelwert der Aii:;g<iiuio der FoI od u.den, welche in der /vuüwertevorr.i chtung rnil. t'e/i nl; tu ν Ilen Signa] en de].* Fotodiodfii 34
verglichen werden. Über.·;ehrei te I. d:ie Dj f J: eic-η χ einen vorge.jobonen Betrag, erfolgt die /ib-jcib:·. eines Fehler.';igna.lt··.

Mit Hilfe oilier de rau. I .'Ige. η J'rü i.'anu.i;dnung :i;:h er. x. Jj. möglioli,
Ohairf ljichenfehler, denen Flächen- _e liühen- oder Tieiienausdehiinnc;
um 1 nun von einer "Staiidard"-Kabeloberf lache abv/eichon"_r zu erkennen und zu niold.cn.

Durch Abschaltung von Lnmpen auf der den P¹OtOdJöden 34 zugekehrten Seite läßt sich Ck c Abstund zw:ii";cJien Lichi quelle und FoLodiodon verändern, wodurch eine Anpassung an unterschied liehe
Durclnuoüser der Kabel erhielt v/ird. Außerdem läßt r.ich durch die
Anzahl der eingeschalteten Lampen 31 bia 33 die axiale AuüdeJiuuncj der Lichtqualle verändern und damit die Unterdrückung de?: produk·· tionsbedingten Unregelmäßigkeiten- der Oberfläche des Kabels erreiche

BAD ORIGINAL

Claims (7)

1. A η s ρ r ü ο h e:

   ) Vorrichtung zur Prüfung der Oberfläche von Kabeln oder länglichen Gegenständen, dcidurch gekennzeichnet, daß mindly tens eine Lichtquelle (13, 23, 31 bis 33) und mindestens ein Lichtdetektor (16, 26, 34) im Abstand voneinander angeordnet sind, mit dem Lichtdetektor eine Ausv/ortcvorrichtung (17, 28, 3 9) verbunden ict_r die den Reflexionsfaktor der Oben?lache ermittelt und ein Fehlersignal erzeugt, wann der Reflexionsfaktor von einem vorgegebenen Wert abweicht, und Lichtquelle und/oder Lichtdetektor optisch so ausgestaltet sind, daß der Detektor Lichtstrahlen von einem begrenzten Flächenelement der Oberfläche empfängt, auf das Licht unter einem Ramnwinkel nuftrifft und/oder von dem Licht unter einem "aunvwinkel reflektiert wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (13) einen schmalen Lichtstrahl erzeugt und dem Detektor (17) eine große Sammellinse (15) vorgeschaltet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (23) Licht unter einem Raumwinkel auf die Oberfläche richtet und das Gesichtsfeld des Detektors (26) auf das begrenzte Flächenelement (25) beschränkt ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige, axial begrenzt αusgedehnte Lichtquelle (31 bis 33) das Kabel (30) im radialen Abstand Un₁Hibt und eine ring fürnvj<}y

   BAD ORIGINAL o°

   »••/13

   fr V * W {

   a · * ν

   Anordnung einer Vielzahl von Dektoren (34) im axialen Abstand zur Lichtquelle im radialen Abstand das Kabel (30) umgibt, wobei den Detektoren (34) jeweils nur ein begrenztes Flächenelement der Kabeloberfläche zugeordnet.ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle a\as mehreren hintereinander angeordneten ringförmigen Lichtelementen (31 bis 33) besteht, die wahlweise einschaltbar.sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedom Detektor (34) ein Speichel" (38) zugeordnet ist, eine Abtastvorrichtung (40, 41) die Speicher (38) und die Detektoren (34) .zyklisch abfragt und eine Vergleichsvorrichtung (3 9) den jeweiligen Speicherinhalt mit einem neuen Wert des Detektorsignals vergleicht,
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß'der Abtastzyklus nach Maßgabe der Vorschubgeschwindigkeit veränderbar ist.