DE3414500A1

DE3414500A1 - Verfahren sowie vorrichtung zur messung der profile von ungleichmaessigen objekten

Info

Publication number: DE3414500A1
Application number: DE3414500A
Authority: DE
Inventors: John High Wycombe Buckinghamshire Kyriakis
Original assignee: Beta Instrument Co Ltd
Current assignee: Beta Instrument Co Ltd
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1984-04-17
Publication date: 1984-10-25
Also published as: GB8310611D0; CH664827A5; DE3414500C2

Description

Verfahren sowie Vorrichtung zur Messung der Profile von

ungleichmäßigen Objekten

Die Erfindung bezieht :;ich auf ein Verfahren sowie auf ein Gerät zur Messung von langgestreckten ungleichförmigen Materialien während einer Extrusion oder eines anderen Herstellungsprozesses.

Während eines Zieh- und/oder Extrusionsprozesses ist es oftmals wünschenswert, das Profil des hergestellten Materials zu messen bzw. zu über ω a c ilen. Die Gründe hierfür liegen in der Kontrolle des Profils des Materials, um dadurch nicht nur die Kosten zu senken, sondern vor allem auch sicherzustellen, daß die geforderten Spezifikationen bzw. Fabrikationsnormen usw. eingehalten werden.

Es ist allgemeine Praxis, daß dann, wenn beispielsweise ein Kabel mit einem kreisförmigen Querschnitt durch Ziehen oder Extrusion hergestellt wird, ein Instrument zur Messung des Durchmessers bzw. Profiles verwendet wird, um den Gesamtdurchmesser des Kabels zu bestimmen. Dieses Verfahren arbeitet recht zufriedenstellend, und unter der Voraussetzung, daß das Produkt im wesentlichen einen runden Querschnitt besitzt, ist auch eine hinreichend genaue Messung bzw. Bestimmung des Querschnittes bzw. der Abmessungen dieses Produktes möglich.

Die Messung sollte vorzugsweise unter Vorwendung von optischen Mitteln durchgeführt werden, so daß ein Kontakt bzw. eine Berührung mit dem Material nicht erforderlich ist. Dies hat den Vorteil, daß genaue fieOergebnisse erhalten werden, und zwar ohne die Probleme einer Abnutzung usw., die ein typisches Merkmal solcher Meßmethoden sind, bei denen ein Berührungskontakt mit dem Meßobjekt besteht . Zusätzliche Vorteile, die bei kontaktfreien Meßmethoden erhalten werden, bestehen selbstverständlich dann, wenn das zu messende Material sich noch im heißen oder

verformbaren Zustand befindet, \i/obei es in diesen Fällen ganz unmöglich wäre, Meßmethoden zu verwenden, die einen Berührungskontakt mit dem zu messenden Objekt voraussetzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung iut es, die noch bestehenden Nachteile des Standes der Technik aufzuräumen, und zwar durch eine berührungsfreie Meüuethode sowiu durch ein berüiirungsf re ι arbeitendes Gerät zum Bestimmen des Profiles eines langgestreckten Materials, welches einen sektor- bzw. teil ;reisförniigen oder einen ovalen Querschnitt aufweist.

Demnach besteht ein Aspekt der Erfindung darin, ein Verfahren zur Messung des Profiles eines langgestreckten Materials aufzuzeigen, welches in einem Zieh- oder Extrusionsprozeß hergestellt ist, wobei das Material durch eine optische MeQ-strecke hindurchgeführt wird, welche Mittel zum Aussenden und Empfangen von Licht derart aufweist, daß das Material im Weg des Lichtstrahles liegt, und wubei der unterbrochene Lichtstrahl überwacht wird, um dadurch das Profil des Materials zu bestimmen. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aussenden und Empfangen von Licht um das Material bewegt werden, um so das Gesamtprofil dieses Materials zu bestimmen.

Mit diesem Verfahren werden genaue Profilmessungen von ungleichmäßig geformten Materialien möglich, wobei die Ergebnisse in graphischer form angezeigt oder wiedergegeben werden können, und wobei von dieser Anzeigt;- und/oder Wiedergabe die Querschnittsfläche des Materials erhalten werden kann, und zwar beispielsweise auf einer kontinuierlichen Bauis für einen laufenden Ziehoder Extrusionsprozeß.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Gerät zum Messen des Profiles eines durch Ziehen oder Extrusion hergestellter) Kabels, gemäß dem Stand der Technik ;

Fig. 2 in Seitenansicht eine Fertigungslinie zum Extrudieren bzw. Ziehen, die: ein Gerät zur Messung des Profiles eines durch Extrusion hergestellten Kabels gemäß der Erfindung beinhaltet;

Fig. 3 eine detaillierte Darstellung des Antriebs für das Gerät zum Messen des Profiles eines durch Extrusion hergestellten Kabels;

Fig. 4 in Seitenansicht eine Fertigungslinie zum Extrudieren, die jeweils ein Gerät zum Messen des Profiles des durch Extrusion hergestellten Kabels vor und nach dem Beschichten bzw. dem Aufbringen der Ummantelung aufweist;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Ergebnisse, die mit dem erfindungsgemäßen Gerät erhalten werden, wenn dieses zum Messen eines Profiles in Form eines sektor- bzw. teilkreisförmigen Querschnittes verwendet wird; und

Fig. 6 einen Querschnitt durch das Gerät gemäß der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt ein optisches Meßinstrument, welches ähnlich der Einrichtung ist, wie sie in der britischen Patentanmeldung 8214294 beschrieben ist und bei welchem ein feiner Lichtstrahl quer zu einer Licht- oder Meßstrecke eingeschwenkt wird; Im Lichtweg liegt das zu messende Profil 2, so daß an der an der Empfängerseite der Lichtstrecke vorgesehenen Fotozelle 3 ein rechtcckformiges elektrisches Stromsigncil 4 als Ausgangssignal erhalten wird, bei dein ein mittlerer Abschnitt 5 den Durchmesseides Profiles wiedergibt. Das rechteckförmige Signal 4 kann über einen elektrischen Schaltkreis einer Anzeigeeinrichtung 6 zugeführt werden, die dann den tatsächlichen Durchmesser des Materials direkt in Hillirnetern oder Zoll anzeigt.

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Die Anzeigeeinrichtung 6 weist dabei vorzugsweise ein Abweichungsanzeigeinstrument b auf, welchus die Abweichungen won einem vorgegebenen Wert anzeigt, wenn das Produkt in einer typischen Einrichtung durch Extrudieren hergestellt ist.

Um ein Messen von Materialien mit ungleichförmigem Querschnitt zu ermöglichen, wurde eine Methode entwickelt, die einen rotierenden optischen Medkupf H verwendet, der in einem Ständergestell 12 montiert ist, wie dies die Fig. 2, 4, 5, 6 zeigen. Das Ständergesteli 12 bietet die Möglichkeit, den optischen Meßkopf H um die Achse dos ungleichförmig geformten Materials zu rotieren oder in einer pendelnden oder oszillierenden Bewegung zu bewegen, und zwar mit einem Schwenk-bzw. Bewegungubereich von etwa J8Ü° .

Diese Methode stellt sicher, daß eine Reihe von Messungen um den Querschnittsbereich des Produktes durchgeführt werden, da sich der rotierende Meßkopf um die Achse des ungleichmäßigen Materials bewegt. Weiterhin stellt diese Methode sicher, daß eine Reihe von Profilmessungen durchgeführt werden, die die Ordinaten des Profiles des Materials wiedergeben, wenn der rotierende Meßkopf H einen vollen Zyklus durchläuft, der einer Rotationt;- bzw. Schwenkbewegung von IiJU⁰ entspricht.

Betrachtet man das ungleichmäßige Material 14 gemäß Fig. 5, üo ist ersichtlich, daß dieses Material wegen seiner Ausbildung eine maximale und eine minimale Abmessung bzw. Queruchnittsabmessung aufweist. Wenn dieses Material durch den rotierenden Meßkopf H geführt wird,.ergeben sich am Ende eines Meßzyklusses eine Serie von Messungen, die in graphischer Form wiedergegeben werden können.

Eine repräsentative graphische Darstellung 15 ist in der Fig. gezeigt, wobei die Y Achse die tatsächliche Profilmessung in Millimetern und die X Achse den Schwenk- bzw. Rotationswinkel angeben, bei welchem uit: jewuilige liensung erfolgt ist. Jede

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vertikale Ordinate in der X Achse entspricht somit einer Profilmessung bei einem bestimmten Rotationswinkel des Meßkopfes H.

Der bei der Erfindung verwendete optische Meßkopf H sollte vorzugsweise eine hohe Abtastfrequonz in der Größenordnung von 2ÜÜ - 400 Abtastungen pro Sekunde aufweisen, wobei die Zyklusdauer etwa 6 - 10 Sekunden beträgt. Hierdurch wird das System in die Lage versetzt, eine große Anzahl von Ordinatenmessungen (Querschnittsmessungen) in einem vollständigen Meßzyklus durchzuführen, wodurch eine sehr hohe Genauigkeit für die Profilmessung erzielt werden kann.

Aus der graphischen Darstellung 15 der Fig. 5 ist ersichtlich, daß eine Messung der maximalen Querschnittsmessung sowie auch eine Messung der minimalen Querschnittsabmessungen des Materials erhalten werden kann, und daß eine sehr genaue Berechnung der Querschnittsfläche möglich ist, und zwar unter Berücksichtigung, daß das Material einen sektorförmigen oder teilkreisförmigen Querschnitt 14 aufweist, wobei der Sektorwinkel entweder 90° oder 120° ist.

Die ungleichmäßig geformten Materialien 14 sind beispielsweise sektorförmige Leiter für ein Vier-Phasenkabel 16 oder für ein Drei-Phaseηkabel 17, wie dies in der Fig. 5 ebenfalls dargestellt ist. Ein weiteres Anwendungsgebiet dieser Meßmethode besteht bei ovalen oder angenähert ovalen Profilen 18 gemäß Fig. 6, bei welchen die maximalen und minimalen Achsen gemessen werden können und eine Serie von weiteren Ordinatenmessungen in der Tat eine genaue Messung de;; Profiles des Materials liefern.

Das Gerät zum Durchführen dieser Messungen ist in der Fig. 6 dargestellt. Dieses Gerät besitzt ein Ständergestell 12, welches einen optischen Meßkopf an einer Plattform 19 trägt, die an zwei kreisförmigen Ringen 20 montiert ist, welche von einer Vielzahl von Rollen 21 in Position gehalten sind. Die Ringe 20 können durch einen Zahntrieb 22 angetrieben werden, der über einen Zahnriementrieb 24 mit einem elektrischen Motor 23 verbunden

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ist. Ein typischer Meßgeber 25 ist an einem Teil des Ständergestelles 12 montiert und liefert Ausgangssignale, die exakt der Position der rotierenden Ringe 2U entsprechen. Dies ist ein sehr wichtiges Merkmal des Systems, da die Signale des Meßgebers die Position lokalisieren, an der eine spezielle Profilmessung durchgeführt wird. Der Motor 23 treibt die Ringe 20 über einen Winkelbereich von 180° in der einen Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn an und hat die Möglichkeit, die Drehbewegung umzudrehen und die Ringe über einen Winkelbereich von IBO⁰ in der anderen Richtung, beispielsweise im Gegenuhrzeiyersinn zu drehen bzw. zu schwenken.

Ein wichtiges Merkmal der beschriebenen Ausführungsform ist auch der elektrische Antrieb, der die Meßeinrichtung bzw. den Meßkopf um das Produkt hin- und herschwenkt. Entsprechend Fig. 3 wird von einem Elektromotor, vorzugsweise von einem Wechselstrommotor 23 über einen Zahnriemen 24 eine kleinere Scheibe 26 oder Kurbel angetrieben, die ihrerseits über eine Stange 28 mit einer größeren Scheibe 27 oder Kurbel verbunden ist. Die Größe der größeren "Scheibe ist derart gewählt, daß die Stange eine hin-und hergehende Bewegung ausführt und so die größere Scheibe 27 über einen bestimmten Uinkelbetrag hin- und hergedreht wird, während die kleinere Scheibe 24 kontinuierlich rotiert.

Dieses System h|at den Vorteil, daß keine Umdrehung der Motorbewegung notwendig ist, um eine oszillierende bzw. schwenkende Bewegung zu erzeugen, die zum Antrieb der Ringe des optischen Meßkopfes erforderlich ist. Durch entsprechende Auswahl der Antriebsscheiben kann die Oszillations- bzw. Schwenkgeschwindigkeit eingestellt werden, Durch alternative Verwendung von größeren Scheiben oder Kurbeln kann außerdem auch der Schwenku/inkel, über den die Ringe sich hin- und herbewegen, eingestellt werden.

Weiterbildungen dieses Gerätes schließen beispielsweise eine Einrichtung zum Anhalten der rotierenden Ringe sowie des Meßkopfes in jeder gewünschten Position ein. Weitere Möglichkeiten bestehen beispielsweise darin, daß die Ringe mit ver-

schiedenen Geschwindigkei ten angetrieben werden, so daß ein Meßzyklus in verschiedenen Zeitintervallen abgeschlossen u/erden kann, und zwar entsprechend den Erfordernissen bei einer speziellen Anwendung. Am Beginn sowie am Ende jedes Meßzyklus steht ein Ausgangseignal zur Verfügung, mi; welchem die Berechnungen oder Messungen, die das optische System durchgeführt hat, eingeleitet bzw. beendet werden.

In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, die Ringe über einen Winkelbereich zu schwenken, der kleiner als 180° ist. Auch diese Möglichkeit ist gegeben.

Das beschriebene System findet Anwendung in einer einfachen Extrusionsvorrichtung, wie sie in der Fig. 2 dargestellt ist, und bei der ein Beschichtungsmaterial 28 kontinuierlich mit Hilfe eines Extruders 29 auf ein sich bewegendes Material 30 durch Extrudieren aufgebracht wird, welches ein ungleichmäßiges Profil aufweist. Das Ständergestell 20 wird dabei zur Messung der maximalen und minimalen Abmessungen des sektorförmigen oder teilkreisförmigen Produktes 14 verwendet. Diese Anwendung kann zu einem Steuer- oder Regelsystem ausgebaut werden, in welchem von dem optischen Meßaystem ein rückgeführtes Signal abgeleitet wird, wie dies in der Fig. 1 unter Bezugnahme auf den Stand der Technik dargestellt ist, um so die Menge des Kunststoff- bzw. BeschichtungsmaterialiJ 28, welches auf das Produkt 14 durch Extrudieren aufgebracht wird, zu steuern, um dadurch einen geschlossenen Regelkreislauf zur Aufrechterhaltung der angestrebten Soll- bzw. Normwerte zu erhalten.

Eine dritte Anwendung des Gerätes besteht in einem wanddicken Kontrollsystem (Fig. 4), bei welchem zwei rotierende Ständergestelle mit optischen ließsystemün verwendet werden, und zwar ein System vor dem Extruder 29 zur Messung des Kern- bzw. Seelen-Materials 30 und ein zweites System nach dem Extruder 29 zur Messung des Kunststoff- bzw. Beschichtungsmaterials 28 auf dem Leiter 30. Bei dieser Anwendung wird die mittlere Fläche des Kernmaterials sowie des Endproduktes berechnet, und eine

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Recheneinheit 31 wird verwendet, um die mittlere Wanddicke 32 des Kunststoffüberzuges bzw. der Beschichtung auf dem durch Extrusion hergestellten Produkt zu ermitteln.

Die Ausführungsformen der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Zusammenfassung 1;

Ein Verfahren, mit welchem ein ungleichmäßig geformtes Material, wie beispielsweise ein sektorförmiger Leiter, während der Herstellung durch eine berührungsfreie Methode gemessen werden kann.

Zusammenfassung 2:

Ein Verfahren, mit welchem ein sektorförmiger oder ovaler Leiter gemessen werden kann, um die maximalen und minimalen Abmessungen dieses Leiters für eine Anzeige oder aber für Steuer- oder Kontrollzwecke bestimmt werden können.

Zusammenfassung 3;

Ein Verfahren, bei welchem zwei rotierende oder hin- und herbewegbare optische Meßsysteme verwendet werden können, und zwar in einem Extrusionsprozeß, bei dem eine Ummantelung beispielsweise aus Kunststoff auf das Material aufgebracht wird und bei dem zwei optische Meßsysteme um das Material geschwenkt bzw. hin- und herbewegt werden, um so die mittlere Wanddicke des durch Extrusion hergestellten Materials zu bestimmen.

Zusammenfassung 4;

Ein Verfahren, bei dem zwei rotierende oder oszillierende optische Meßsysteme verwendet werden können, und zwar in einem Extrusionsprozeß, mit welchem eine Ummantelung vorzugsweise aus Kunststoff auf ein Material durch Extrusion aufgebracht wird und in welchem die beiden optischen Meßuysteme um das Material

geschwenkt bzw. in einer oszillierenden Bewegung bewegt werden, um 30 die mittlere Wanddicke des durch Extrusion hergestellten Materials zu bestimmen.

Zusammenfassung 5;

Ein Gerät zum Schwenken oder Oszillieren eines optischen Meßsystems um ein unregelmäßig geformtes Material, welches entweder stationär ist oder sich bewegt, wobei das Meßsystem die Möglichkeit hat, eine Schwenk- oder Rotationsbewegung über einen vollen Zyklus oder über einen Teilzyklus auszuführen, um so Ordinatenmessungen dea Materialprofils zu liefern.

Zusammenfassung 6:

Ein Gerät, wie in der Zusammenfassung 5 beschrieben, welches einen optischen Meßgeber beinhaltet, der Ausgangssignale entsprechend der Position des rotierenden Meßsystems liefert.

Zusammenfassung 7:

Ein Gerät, wie in der Zusammenfassung 6 beschrieben, welches ein optisches Meßsystem über einen wollen Zyklus oder über einen Teilzyklus um ein stationäres oder sich bewegendes Produkt schwenken bzw. oszillieren kann, wobei dieses System die Möglichkeit besitzt, jeweils am Beginn sowie am Ende jeder Schwenkbewegung ein Signal abzugeben.

Zusammenfassung 8:

Ein Gerät, wie in Zusammenfassung 7 beschrieben, welches vorwärts und rückwärts über einen vollen oder einen Teil eines Zyklusses rotiert und ein optisches Meßsystem aufweist bzw. trägt.

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Zusammenfassung 9;

Ein Gerät, wie in Zusammenfassung 7 beschrieben, welches die Möglichkeit besitzt, mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit vorwärts und rückwärts über einen vollen Zyklus oder einen Teilzyklus zu schwenken, und welches weiterhin die Möglichkeit hat, an jedem Punkt während einer Schwenkbewegung gestoppt zu werden,

Zusammenfassung 10:

Ein Gerät, welches vorwärts und rückwärts um ein Produkt über einen vorgegebenen Winkelbereich schwenken kann, wobei dieses Gerät durch einen kontinuierlich umlaufenden, seinen Richtungssinn nicht ändernden Motor sowie über einen Scheiben-und/oder Kurbeltrieb angetrieben ist, wie er in dieser Beschreibung beschrieben wurde.

- L e e r s θ i t e -

Claims

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Patentansprüche:

( 1^) Verfahren zur Messung des Profiles eines langgestreckten

Materials, welches in einem Zieh- und/oder Extrusionsprozeß hergestellt ist, wobei das Material durch eine optische Meßstrecke hindurchgeführt wird, welche Mittel zum Aussenden und Empfangen von Licht derart aufweist, daß das Material im Weg der Lichtstrahlen liegt, und wobei der unterbrochene Lichtstrahl überwacht wird, um dudurch das Profil des Materials zu bestimmen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aussenden und Empfangen von Licht um das Material bewegt werden, um das Gesamtprofil dieses Materials zu bestimmen. __
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aussenden und Empfangen von Licht über einen Winkelbereich von 180° in der einen Richtung, und anschließend über den gleichen Winkelberaich in der umgekehrten Richtung auf einer kontinuierlichen Basis gedreht bzw. geschwenkt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilmessungen, die bei jedem Schwenkwinkel von den Mitteln zum Aussenden und Empfangen von Licht erhalten werden, als Ordinate in einer graphischen Darstellung wiedergegeben werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit Hilfe des Lichtstrahles während der Dreh- oder Schwenkbewegung der Mittel zum Aussenden und Empfangen von Licht mit einer Abtastgeschwindigkeit von 200 - 400 Abtastungen pro Sekunde abgetastet wird.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aussenden und Empfangen von Licht mit einer Geschwindigkeit von 6-10 Zyklen pro Sekunde geschwenkt «/erden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aussenden und Empfangen von Licht um das Material vor und nach dem Extrusionsprozeß bewegt u/erden, um so die Profilcharakteristiken des Kernmaterials sowie eines vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Überzugs zu bestimmen, so daß die Dicke des Überzugs bestimmt werden kann.
7. Gerät zum Messen des Profiles eines \langgestreckteri Mate

rials, mit Mitteln zum Aussenden und

Empfangen eines Strahles

einer optischen Strahlung,

dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Drehen der Mittel zum Aussenden und Empfangen von Licht um das langgestreckte Material, welches im Weg des Lichtstrahles liegt, vorgesehen sind, um dadurch due Gesamtprofil dieses Materials zu bestimmen.
8. Gerät nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aussenden und Empfangen von Licht ein Element zum Aussenden eines Lichtstrahles ο ο wie eine fotozelle zum Empfangen des Lichtstrahles aufweisen, daß das Element zum Aussenden des Lichtstrahles und die r~ ο to zelle zum Empfangen de» Lichtstrahles jeweils an einem Ring vorgesehen sind, und dall mit den Ringen verbundene üittel vorgesehen sind, um eine Droh- oder Schwenkbewegung über einen vorgegebenen Winkelbereich zu erzeugen.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Drehen bzw. Schwenken «ine Kurbel oder Stange aufweisen, die zwischen zwei drehbar gelagerten Scheiben befestigt ist, daß-eine Scheibe bezogen auf die andere Scheibe eine solche Größe aufweist, daß die Drehung dieser Scheibe eine oszillierende bzw. hin- und hergehende Bewegung der anderen Scheibe

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bewirkt, und daß Antriebsmittel zwischen der einen Scheibe und einem Ring vorgesehen ist, um eine hin- und hergehende Bewegung um lBü° in der einen Richtung und um 180° in der entgegengesetzten Richtung um das Material zu erzeugen.
10.Verfahren zum ,lessen des Profiles eines langgestreckten Haterials, wie es itr. Zusammenhang mit den Fig. 2-6 der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist.
11.Gerät zum Messen des Profiles eines langgestreckten Materials, wie es ii,i Zusammenhang mit den Fig. 2-6 der vorliegen· den Anmeldung beschrieben ist.