DE3411342C2 - Vorrichtung und Verfahren zum berührungsfreien Messen an einem Werkstück - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum berührungsfreien Messen an einem WerkstückInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum berührungsfreien Messen an einem Werkstück,
insbesondere zum Messen eines Aluminiumbandes oder Aluminiumprofils, mit Temperaturfühler sowie
zumindest einem zum Werkstück hin gerichteten, in einem festliegenden Gehäuse angeordneten Stab.
Eine derartige Vorrichtung nach DE-AS 22 41 108 dient zum berührungsfreien Erfassen der Geschwindigkeit
der Oberfläche eines mit Kontrastmarken versehenen Drehkörpers, insbesondere des Rotors einer Gaszentrifuge,
mit einem Lichtleiterstab, dessen eine Stirnseite den Kontrastmarken gegenüberliegt, und wobei im
unmittelbaren Bereich dieser Stirnseite Meßfühler für weitere Meßgrößen des Drehkörpers angeordnet sind.
In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die eingangs erwähnte Vorrichtung
zu vereinfachen, um insbesondere die Messung
von Temperaturen an Oberflächen zu erleichtern.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß der Stab als Meßstift eine Axialbohrung als Zuführkanal für ein das
Werkstück beaufschlagendes Druckgas aufweist sowie im Gehäuse axial bewegbar lagert und seine von einem
Meßstiftfuß gebildete Stirn von einem durch das Druckgas erzeugten Strömungsunterdruck in konstantem Abstand
von der Oberfläche des Werkstückes fehalten ist,
wobei in der Axialbohrung und am Meßstutfuß Ther-
•o moelemente als Temperaturfühler angeordnet sowie
mit einer Aufnahmeeinheit für Meßdaten verbunden sind.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, die Axialbohrung über eine Querbohrung im Meßstift mit einer
Ringkammer des Gehäuses zu verbinden, in die eine Zuleitung für das Druckgas einmündet und in welcher
sich Heizelemente befinden, die über Leitungen an eine
der Aufnahmeeinheit zugeordnete Regeleinrichtung angeschlossen sind. Mit den Heizelementen wird bevorzugt
die Temperatur des Druckgases in der Ringkammer auf die Temperatur gebracht, weiche am Fuß des
Meßstiftes herrscht Da dieses wiederum versucht ist sich der Temperatur an der Oberfläche des Werkstükkes
anzugleichen, wird in kürzester Zeit erreicht daß die Temperatur des Druckgases sowohl der Temperatur am
Fuß des Meßstiftes gleicht als auch der Temperatur an der Oberfläche des Werkstückes.
Diese Meßvorrichtung kann entweder allein dem berührungslosen Messen der Temperatur an einer Oberfläche
eines Werkstückes dienen oder mit den konstruktiven Merkmalen der Vorrichtung zu Bestimmen und/
oder zum Messen der Form eines Werkstückes nach der DE-OS 32 47 6973 gekoppelt sein. Dadurch entsteht
vorteilhafterweise ein besonders einfach ausgestaltetes und zu handhabendes Meßgerät welches mehrere
Funktionen auf einmal erfüllen kann.
Im Rahmen der Erfindung liegt zudem ein Meßverfahren
für die Oberfläche eines Werkstückes, insbesondere, eines Aluminiumbandes odtr -profiles mit der beschriebenen
Meßvorrichtung, bei dessen Anwendung zwischen Meßstift und Oberfläche des Werkstückes
durch das Druckgas ein Unterdruck erzeugt und so der bewegbar gelagerte Meßstift in einem bestimmten Abstand
von der Oberfläche gehalten wird; die Temperatür in der Axialbohrung sowie am Meßfuß wird ermittelt
und daraus die Temperatur der Oberfläche abgeleitet
Das Druckgas wird bevorzugt auf der Temperatur des Meßfußes gehalten, welche der Temperatur an der
so Oberfläche des Werkstückes entspricht
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand
der Zeichnung erläutert, die in ihrer einzigen Figur einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
R wiedergibt.
Die Vorrichtung R zum berührungslosen Messen der Temperatur an einer Oberfläche 1 eines Werkstücks 2,
beispielsweise eines Aluminiumbandes oder -profils, weist ein zylindrisches Gehäuse 3 auf, welches von einem
in axialer Richtung χ bewegbaren Meßstift 4 durchsetzt ist.
Durch eine Zuleitung 5 wird Preßluft oder dergleichen in eine Ringkammer 6 des Gehäuses 3 eingeleitet,
welche mit einer axialen Bohrung 7 des Meßstiftes 4 durch Querbohrungen 8 in Verbindung steht. Durch diese
Axialbohrung 7 gelangt die Luft zu einem scheibenförmig verdickten Fuß 9 des Meßstiftes 4, an dem sie
austritt und — in der gezeigten Gebrauchslage — die
Oberfläche 1 des Werkstückes 2 anströmt Dank des dabei entstehenden Abstandes des Meßstiftfußes 9 von
der Oberfläche 1 kommt es zu dem sogenannten hydrodynamischen Pradoxon, das heißt, der Meßstiftfuß 9
wird infolge eines durch die strömende Luft erzeugten Unterdruckes zur Oberfläche 1 gezogen, wobei sich ein
Gleichgewicht mit dem Staudruck bildet Dies wird auch durch das Verhältnis des Durchmessers D\ der Axialbohrung
7 zum Durchmesser D2 des Meßstiftfußes begünstigt
Der Luftweg ist in der Zeichnung mit Pfeilen kenntlich gemacht
Da das Gehäuse 3 im Verhältnis zum Werkstück 2 feststeht reagiert der Meßstift 4 auf jede Unebenheit
der Oberfläche 1, indem er sich in dem Gehäuse 3 in Richtung χ nahezu kräftefrei bewegt Um seinen Bewegungsspielraum
nicht zu begrenzen, kann der Meßstiftfuß 9 dabei auch in ein das Gehäuse 3 eingeformtes
Sackloch 10 gleiten.
Die nach oben hin durch einen Deckel 11 geschlossene Ringkammer 6 dient der Aufnahme von — schematisch
dargestellten — Heizelementen 12, velche über b)
Leitungen 14 an eine Regeleinrichtung 15 angeschlossen sind. Letzterer ist einer Aufnahmeeinheit 19 zugeordnet
welche über Leitungen 16 Meßwerte von in der Axialbohrung 7 und im Meßstiftfuß 9 gegenüber der
Oberfläche 1 vorgesehenen Thermoelementen 17, 18 aufnimmt
Für die Funktionsweise dieser Vorrichtung R sind
meßtechnisch zwei Betriebsfälle zu unterscheiden. Dabei gilt folgendes:
T\ = Temperatur des Thermoelementes 18 im Meßstiftfuß 9,
T2 = Temperatur des Thermoelementes 17 in der Axialbohrung
7,
7", =■ Temperatur des Werkstückes 2 bzw. Substrats
am Meßort
1. Die zugeführte Luft wird nicht vorgeheizt oder aber auf eine Temperatur gebracht, welche deutlich
unter der zu messenden Substrattemperatur liegt Die Temperatur T\ wird dann einen Zwischenwert
von Tx und der Zulufttemperatur Ti ergeben.
Die Zuordnung der zu messenden Temperatur Tx
aus den beiden Messungen T und Ti kann experimentell
bestimmt werden, womit die Kalibrierung der Meßrichtung erfolgt Es hat sich beispielsweise
ergeben, daß für Tx =400° C und T2 =200° C die
Temperaturmessung im Meßstiftfuß 9 7*i=343°C so
ergibt. Durch Variation von Tx und Ermittlung der
Temperaturanzeige 7Ί kann so die Zuordnung von 7"i und Tx für jede Temperatur ermittelt werden,
vorzugsweise im Gebiet 500° C > Tx
> 100" C.
Für andere Temperaturwerte ist es vorteilhaft, die Temperatur T2 der Zufluft entsprechend zu erhöhen oder zu erniedrigen.
Für andere Temperaturwerte ist es vorteilhaft, die Temperatur T2 der Zufluft entsprechend zu erhöhen oder zu erniedrigen.
2. Wird durch vorzugsweise elektronisch geregelte Heizelemente 12 die Temperatur T2 der Zugluft so
eingestellt daß Τ3-7Ί wird, so findet für diesen
Fall keine Wärmeübertragung vom Werkstück 2 zum Meßstiftfuß 9 oder umgekehrt statt In diesem
Fall gilt entsprechend dem Wärmeleitgesetz, daß die Meßobjekttemperatur Tx gleich der Meßlufttemperaturen
T\ sowie T2 ist. Die Regelung sorgt dafür, daß T2 um den Wert von 7Ί schwingt, das
heißt kurzzeitig ',iber und anschließend unter T1
liegt. Aus diesem Grund wird die Reproduzierbarkeit der Meßeinrichtung erhöht, wenn der arithemetische
Mittelwert
7", + T2
der Meßobjekttemperatur gleichgesetzt wird. Für den oben beschriebenen Gleichgewichtszustand,
bei welchem keine Wärmeübertragung vom Meßobjekt auf den Meßstiftfuß 9 stattfindet, ergeben
sich zwei wesentliche Vorteile:
owohl der Abstand zwischen Meßstiftfuß 9 und Oberfläche 1 muß nur genügend klein,
nicht aber konstant sein (eine Schwankung von 0,02 auf 0,06 mm bleibt ohne Einfluß auf
die Messung), ebenso wie auch die Wärmeleitfähigkeit des Werkstückes 2.
Weil keine Wärmeübertragung stattfindet, -bleibt die Wärmeleitfähigkeit der Meßluft ebenfalls ohne Einfluß au;,ias Me3resultat
Da keine Wärme vom Mefobjekt auf den Meßstiftfuß übertragen wird, Findet keine thermische Beeinflussung des Werkstückes 2 statt was für die exakte Temperaturmessung von ausschlaggebender Bedeutung ist
Weil keine Wärmeübertragung stattfindet, -bleibt die Wärmeleitfähigkeit der Meßluft ebenfalls ohne Einfluß au;,ias Me3resultat
Da keine Wärme vom Mefobjekt auf den Meßstiftfuß übertragen wird, Findet keine thermische Beeinflussung des Werkstückes 2 statt was für die exakte Temperaturmessung von ausschlaggebender Bedeutung ist
Claims (6)
1. Vorrichtung zum berührungsfreien Messen an einem Werkstück, insbesondere zum Messen eines
Aluminiuinbandes oder -profils, mit Temperaturfühler
sowie zumindest einem zum Werkstück hin gerichteten, in einem festliegenden Gehäuse angeordneten
Stab, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab als Meßstift (4) eine Axialbohrung (7) als
Zuführkanal für ein das Werkstück (2) beaufschlagendes Druckgas aufweist sowie im Gehäuse (3)
axial (x) bewegbar lagert und seine von einem Meßstiftfuß (9) gebildete Stirn von einem durch das
Druckgas erzeugten Strömungsunterdruck in konstantem Abstand (s) von der Oberfläche (1) des
Werkstückes gehalten ist, wobei in der Axialbohrung (7) und am Meßsliftfuß Thermoelemente (17,
18) als Temperaturfühler angeordnet sowie mit einer Aufnakmeeinheit (15) für Meßdaten verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,
daß die Axialbohrung (7) über eine Querbohrung (8) im Meßstift (4) mit einer Ringkammer
(6) des Gehäuses (3) in Verbindung steht, in die eine Zuleitung (5) für das Druckgas einmündet und in
welcher sich Heizelemente (12) befinden, die über Leitungen (14) an eine der Aufnahmeeinheit (15) zugeordnete
Regeleinrichtung (19) angeschlossen sind.
3. Meßverfahren für die Oberfläche eines Werkstückes, insbesondere eines Aluminiumbandes oder
-profiles.. Jt einer Meßvorrichtung nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Meßstift und Oberfläche des Werkstückes durch das
Druckgas ein Unterdruck err-^ugt und so der bewegbar
gelagerte Meßstift in einem bestimmten Abstand von der Oberfläche gehalten wird und daß die
Temperatur in der Axialbohrung sowie am Meßfuß ermittelt und daraus die Temperatur der Oberfläche
abgeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas auf der Temperatur des
Meßfußes gehalten wird, welche der Temperatur an der Oberfläche des Werkstückes entspricht
5. Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2 zum Messen der Form des Werkstückes.
6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4 zum Messen der Form des Werkstückes.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH1504/84A CH666128A5 (de) | 1984-03-26 | 1984-03-26 | Vorrichtung zum beruehrungslosen messen der temperatur an einer oberflaeche eines werkstuecks. |
Publications (2)
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DE3411342C2 true DE3411342C2 (de) | 1986-01-23 |
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