DE3414500C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf ein Gerät zum Messen des Profils eines langgestreckten, in einem Zieh- und/oder Extrusionsprozeß hergestellten Materials gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. Patentanspruchs 6.

Während eines zieh- und/oder Extrusionsprozesses ist es oftmals wünschenswert, das Profil des hergestellten Materials zu messen bzw. zu überwachen, um dadurch nicht nur die Herstellungskosten zu optimieren, sondern vor allem auch sicherzustellen, daß die geforderten Spezifikationen bzw. Fabrikationsnormen usw. eingehalten werden. Die Messung bzw. Überwachung sollte hierbei unter Verwendung von optischen Mitteln, d. h. ohne Kontakt bzw. ohne Berührung des her­ gestellten Materials erfolgen, um so genaue Meßergebnisse zu erhalten, und zwar ohne Probleme einer Abnutzung der Meßein­ richtung. Speziell dann, wenn sich das zu messende Material noch im heißen oder formbaren Zustand befindet, ist eine berührungsfreie Messung unter Verwendung von optischen Mitteln notwendig.

Bekannt sind ein Verfahren sowie Gerät zum Messen des Profils eines langgestreckten, in einem Zieh- und/oder Extrusions­ prozeß hergestellten Materials (DE-OS 29 08 534). Im bekann­ ten Fall ist eine optische Meßstrecke vorgesehen, die Mittel zum Aussenden von Licht in Form eines Lichtstrahles und diesem gegenüberliegend Fotodioden zum Empfangen des Lichts aufweist. Die Mittel zum Aussenden des Lichts sind hierbei von einer Wolfram-Glühlampe gebildet, die zur Erzeugung von parallelen Lichtstrahlen im Brennpunkt einer Sammellinse angeordnet ist. Mit einer zweiten Sammellinse werden die Lichtstrahlen auf den beiden Fotodioden abgebildet, die in einer Ebene senkrecht zur Meßstrecke übereinander vorgesehen sind. Durch die Meßstrecke, d. h. durch einen zwischen den beiden Sammellinsen gebildeten Bereich ist das zu messende Material durchgeführt. Die Wolfram-Glühlampe und die zuge­ hörige Sammellinse sowie die beiden Fotodioden und die zugehörige Sammellinse sind an einem rohrförmigen Gehäuse vorgesehen, welches das langgestreckte Material konzentrisch umschließt und um die Achse dieses Materials zum Erfassen des gesamten Profils rotierend angetrieben ist. Durch das Material wird der Lichtstrahl teilweise unterbrochen, d. h. das auf die Fotozellen auftreffende Licht und demnach auch die von den Fotozellen erzeugten elektrischen Signale sind abhängig von dem Profil und der Position des langgestreckten Materials. Das von den Fotodioden gelieferte Signal wird mit einem Standardbezugssignal verglichen, und zwar zur Erzeugung eines Fehlersignals, welches ein Warn- oder Anzeigesystem ansteuert.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren sowie ein Gerät zur Vermessung der Oberfläche eines Profils. Bei diesem bekannten Gerät sind an einem ringartigen Rahmen, durch den das Profil hindurchgeführt ist, mehrere Meßköpfe verstellbar vorgesehen. Jeder Meßkopf besitzt eine Einrichtung zur Erzeugung eines Laser-Strahls, der in einer Ebene senkrecht zur Längser­ streckung des Materials schwenkbar ist, und zwar zur Ab­ tastung dieses Materials. Weiterhin besitzt jeder Meßkopf eine Einrichtung zum Empfangen und Auswerten des vom Material reflektierten Lichtstrahls. Bei diesem bekannten Gerät ist das zu messende Material nicht in der Lichtstrecke angeord­ net. Es wird zur Bestimmung des Profils auch nicht ein vom Material unterbrochener Lichtstrahl überwacht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Gerät in der eingangs erwähnten Art dahingehend weiterzubilden, das in besonders einfacher und zuverlässiger Weise die Bestimmung des Profils des langgestreckten Materials möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 und ein Gerät entsprechend dem Patentanspruch 6 ausgeführt.

Bei der Erfindung ist die Bewegung der Mittel zum Aussenden des Lichts und der Fotozelle eine kontinuierliche hin- und hergehende Schwenkbewegung. Hierdurch ergibt sich eine vereinfachte Konstruktion insbesondere auch in Hinblick auf die Übertragung der von der Fotozelle gelieferten elektri­ schen Meßsignale an eine Einrichtung zur Auswertung und Anzeige dieser Signale. Durch die hin- und hergehende Schwenkbewegung ist keine geschlossene, das Material um­ schließende Führung notwendig, wodurch ein besonders ein­ faches seitliches Einlegen des Materials in das Gerät möglich ist.

Die Meßergebnisse der Meßstrecke werden bei der Erfindung jeweils in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel als Ordinate in graphischer Darstellung wiedergegeben.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

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

Fig. 1 ein Gerät zum Messen des Profiles eines durch Ziehen oder Extrusion hergestellten 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 Antriebes 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.

Die Fig. 1 zeigt ein optisches Meßinstrument, welches ähnlich der Einrichtung ist, wie sie in der britischen Patentanmeldung 82 14 294 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 rechteckförmiges elektrisches Stromsignal 4 als Ausgangssignal erhalten wird, bei dem ein mittlerer Abschnitt 5 den Durchmesser des 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 Millimetern oder Zoll anzeigt.

Die Anzeigeeinrichtung 6 weist dabei vorzugsweise ein Abweichungsanzeigeinstrument 8 auf, welches die Abweichungen von 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 Meßkopf H verwendet, der in einem Ständergestellt 12 montiert ist, wie dies die Fig. 2, 4, 5, 6 zeigen. Das Ständergestell 12 bietet die Möglichkeit, den optischen Meßkopf H um die Achse des ungleichförmig geformten Materials 13 zu rotieren oder in einer pendelnden oder oszillierenden Bewegung zu bewegen, und zwar mit einem Schwenk- bzw. Bewegungsbereich von etwa 180°.

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 wiedergegeben, wenn der rotierende Meßkopf H einen vollen Zyklus durchläuft, der einer Rotations- bzw. Schwenkbewegung von 180° entspricht.

Betrachtet man das ungleichmäßige Material 14 gemäß Fig. 5, so ist ersichtlich, daß dieses Material wegen seiner Ausbildung eine maximale und eine minimale Abmessung bzw. Querschnittsabmessung 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. 5 gezeigt, wobei die Y Achse die tatsächliche Profilmessung in Millimetern und die X Achse den Schwenk- bzw. Rotationswinkel angeben, bei welchem die jeweilige Messung erfolgt ist. Jede vertikale Ordinate in der X-Achse entspricht somit einer Profilmessung bei einem bestimmten Rotationswinkel des Meßkopfes H.

Der optische Meßkopf H sollte vorzugsweise eine hohe Abtastfrequenz in der Größenordnung von 200-400 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-Phasenkabel 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 des 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 ist. Ein typischer Meßgeber 25 ist an einem Teil des Ständergestellen 12 montiert und liefert Ausgangssignale, die exakt der Position der rotierenden Ringe 20 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 Uhrziegersinn an und hat die Möglichkeit, die Drehbewegung umzudrehen und die Ringe über einen Winkelbereich von 180° in der anderen Richtung, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn 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 Winkelbetrag hin- und hergedreht wird, während die kleinere Scheibe 24 kontinuierlich rotiert.

Dieses System hat 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 außerhalb auch der Schwenkwinkel, 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 verschiedenen Geschwindigkeiten angetrieben werden, so daß ein Meßzyklus in verschiedenen Zeitintervallen abgeschlossen werden kann, und zwar entsprechend den Erfordernissen bei einer speziellen Anwendung. Am Beginn sowie am Ende jedes Meßzyklus steht ein Ausgangssignal zur Verfügung, mit 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 Meßsystem 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. Beschichtungsmaterials 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 Meßsystemen 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 Recheneinheit 31 wird verwendet, um die mittlere Wanddicke 32 des Kunststoffüberzuges bzw. der Beschichtung auf dem durch Extrusion hergestellten Produkt zu ermitteln.

Claims (8)

1. Verfahren zum Messen des Profils eines langgestreckten, in einem zieh- und/oder Extrusionsprozeß hergestellten Materials mit einer optischen Meßstrecke, die Mittel zum Aussenden von Licht in Form eines Lichtstrahles sowie diesen gegenüberliegend eine Fotozelle zum Empfangen des Lichts aufweist und durch die das Material im Weg des Lichtstrahls liegend hindurchgeführt ist, wobei die Mittel zum Aussenden von Licht und die Fotozelle zur Bestimmung des Profils des Materials relativ zu diesem bewegt werden und hierbei der vom Material unterbrochene Lichtstrahl überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Mittel zum Aussenden des Lichts und der Fotozelle eine kontinuierliche hin- und hergehende Schwenkbewegung ist und daß die Meßergebnisse der Meßstrecke in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel als Ordinate in graphischer Darstellung wiedergegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkwinkel 180° beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material während der Schwenkbewegung mit einer Abtastgeschwindigkeit von 200-400 Abtastungen pro Sekunde abgetastet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung mit einer Geschwindigkeit von 6-10 Zyklen pro Sekunde erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Extrusionsprozeß zum Aufbringen eines aus Kunststoff bestehenden Überzuges auf ein Kernmaterial die Profilmessung vor und nach dem Extrusionsprozeß erfolgt, um so die Dicke des Überzugs zu bestimmen.

6. Gerät zum Messen des Profils eines langgestreckten, in einem Zieh- und/oder Extrusionsprozeß hergestellten Materials mit einer optischen Meßstrecke, die Mittel zum Aussenden von Licht in Form eines Lichtstrahls sowie diesen gegenüberliegend eine Fotozelle zum Empfangen des Lichts aufweist und durch die das Material im Weg des Lichtstrahls liegend hindurchgeführt ist, wobei die Mittel zum Aussenden des Lichts und die Fotozelle zur Bestimmung des Profils des Materials relativ zu diesem bewegt werden und hierbei der vom Material unterbrochene Lichtstrahl überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen die Mittel zum Aussenden des Lichts und die Fotozelle um das Material kontinuierlich hin- und herschwenkbar und die Meßergebnisse der Meß­ strecke in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel als Ordinate in graphischer Darstellung darstellbar sind.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aussenden des Lichts sowie die Fotozelle jeweils an einem Ring vorgesehen sind und daß mit den Ringen verbundene Mittel vorgesehen sind, um die Schwenk­ bewegung über einen vorgegebenen Winkelbereich zu erzeugen.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Schwenkbewegung eine 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 bewirkt, und daß Antriebsmittel zwischen der einen Scheibe in einem Ring vorgesehen sind, um eine hin- und hergehende Bewegung um 180° in der einen Richtung und um 180° in der entgegen­ gesetzten Richtung um das Material zu erzeugen.