DE3912968A1 - Verfahren zur anordnung zur erkennung von ungleichfoermigkeiten und/oder zur messung des durchmessers eines fadenfoermigen objekts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erkennung von Ungleichförmigkeiten und/oder zur Messung des Durchmessers eines fadenförmigen Objekts, insbesondere eines Drahtes.

Bei der Herstellung von Drähten und anderen fadenförmigen Objekten ist im allgemeinen eine Qualitätsüberwachung erforderlich, bei welcher eine laufende Messung des Durchmessers oder eine Erkennung von Ungleichförmigkeiten, wie beispielsweise Einschnürungen und Verdickungen oder Oberflächenunebenheiten bzw. Rauheiten, erfolgt.

Bei bekannten Verfahren und Anordnungen zur Messung und Überwachung der Stärke von Fäden und ähnlichem wird das zu messende Objekt in einem Laserstrahl geführt. Die somit entstehenden Beugungsbilder werden opto-elektronisch ausgewertet. Diese Verfahren sind jedoch recht aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Erkennung von Ungleichförmigkeiten und/oder zur Messung des Durchmessers eines fadenförmigen Objekts anzugeben, die sich mit einfachen Mitteln realisieren lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl, der mit der Längsrichtung eines Objekts einen spitzen Winkel (Einfallswinkel) bildet, auf das Objekt gerichtet ist und daß die Lichtintensität in der Richtung eines von einem gleichförmigen Objekt reflektierten Lichtstrahls in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

Je nach Ausgestaltung im einzelnen führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erkennung von Ungleichmäßigkeiten oder zur Messung des Durchmessers. Zu Überwachungszwecken ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das elektrische Signal mit einem Vergleichswert verglichen wird und daß Abweichungen angezeigt und/oder aufgezeichnet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle fadenförmigen Objekte mit einer geeigneten Oberfläche, wie beispielsweise Drähte, Lackdrähte, Kunststoffmonofile, Glasfasern und gegebenenfalls auch Textilfasern, bei welchen zur Gütebestimmung der Anteil der Fasern, welche aus dem Faden herausragen, bestimmt werden kann.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine paralleles Licht aussendende Lichtquelle zur Erzeugung des auf das Objekt gerichteten Lichtstrahls vorgesehen ist und daß in Richtung des reflektierten Lichtstrahls ein opto-elektrischer Wandler angeordnet ist. Dabei eignen sich in vorteilhafter Weise als Lichtquelle eine Laserdiode und als opto-elektrischer Wandler eine Fotodiode oder ein Fototransistor.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung besteht darin, daß dem opto-elektrischen Wandler eine Sammellinse vorgeschaltet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Durchmesser der Sammellinse größer als der Durchmesser des auf das Objekt gerichteten Lichtstrahls ist. Dadurch wird bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Erkennung von Ungleichförmigkeiten verhindert, daß allmähliche Durchmesseränderungen oder Ungenauigkeiten der Führung des Objekts innerhalb vorgegebener Grenzen das Meßergebnis nicht beeinflussen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß vor dem opto-elektrischen Wandler eine Spaltblende angeordnet ist, die senkrecht zu einer Ebene verläuft, die von dem auf das Objekt gerichteten Lichtstrahl und der Längsrichtung des Objekts gebildet ist. Dadurch wird die Empfindlichkeit gegenüber Einschnürungen und Verdickungen des Objekts erhöht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Anordnung zur Erkennung von Ungleichförmigkeiten,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm des von dem Empfänger bei der Anordnung nach Fig. 1 erzeugten Signals,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Empfängers bei der Anordnung nach Fig. 1 und

Fig. 4 eine Anordnung zur Messung des Durchmessers.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird ein Sender 1 von einem Stromversorgungsgerät 2 gespeist und sendet einen Lichtstrahl 3 auf das zu überwachende Objekt 4. Der Lichtstrahl 3 wird an dem Objekt 4 reflektiert, wobei lediglich ein Teil des Lichts zu einem Empfänger 5 gelangt, da der Lichtstrahl 3 durch die Rundung des Objekts 4 senkrecht zur Zeichenebene aufgefächert wird. Einzelheiten des Empfängers werden später im Zusammenhang mit Fig. 3 näher erläutert. Zunächst sei angenommen, daß die Eingangsfläche des Empfängers 5 begrenzt ist, so daß ein an einer Einschnürung, einem Knoten oder einer sonstigen Ungleichförmigkeit des Objekts reflektierter Lichtstrahl nicht oder nur teilweise auf die Eintrittsfläche des Empfängers 5 gelangt. Somit wird die vom Empfänger aufgenommene Lichtmenge bei Ungleichförmigkeiten kleiner, so daß auch die Ausgangsspannung des Empfängers kleiner wird.

Als Empfänger eignet sich vorzugsweise eine Fotodiode oder ein Fototransistor. Das Ausgangssignal wird in einem Vorverstärker 6 auf einen zur weiteren Verarbeitung geeigneten Pegel gebracht. Anschließend wird das verstärkte Signal einem Komparator 7 zugeführt, dessen Ausgangssignal von einem ersten auf einen zweiten Pegel übergeht, wenn das Eingangssignal einen vorgegebenen Schwellwert S unterschreitet. Ein somit entstehender Impuls ist ein Anzeichen für eine Ungleichförmigkeit.

Da die erfindungsgemäße Anordnung bereits geringe Ungleichförmigkeiten erkennt, ist es häufig nicht erforderlich, bereits eine einzelne Ungleichförmigkeit anzuzeigen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist daher ein Zähler 8 vorgesehen, der von jeweils einem Ausgangsimpuls des Komparators 7 inkrementiert wird. Nach einer von einem Zeitgeber 9 vorgegebenen Zeit wird der Zähler zurückgesetzt. An einen Übertragsausgang des Zählers 8 ist eine Anzeigevorrichtung 10 angeschlossen, die beispielsweise von einer Leuchte oder einer akustischen Anzeige gebildet sein kann.

Treten innerhalb der vorgegebenen Zeit weniger Impulse bzw. Ungleichförmigkeiten auf als der maximale Zählerstand, so wird der Zähler 8 zurückgesetzt, ohne daß ein Übertragssignal zur Anzeige 10 gelangt. Treten jedoch mehr Impulse bzw. Ungleichförmigkeiten auf, so wird die Anzeige 10 angesteuert, bevor der Zähler 8 zurückgesetzt wird. Nach Wahrnehmung der Anzeige können geeignete Maßnahmen zur Verhinderung der Ungleichförmigkeiten eingeleitet werden.

Anstelle der Anzeigevorrichtung 10 oder zusätzlich zu dieser können auch Registrier- oder Auswerteeinrichtungen angeschlossen werden - beispielsweise Rechner, welche eine genaue Auswertung und Bewertung der Meßergebnisse ermöglichen.

Fig. 2 zeigt die Ausgangsspannung des Empfängers 5 als Funktion der Zeit bzw. - bei konstanter Geschwindigkeit des Objekts - als Funktion des Ortes auf dem Objekt. Die Ausgangsspannung weist dabei einen Gleichspannungsanteil auf, der außer von den Eigenschaften des Senders und des Empfängers von dem Durchmesser des Objekts abhängt. Dieses wird bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ausgenutzt, was später beschrieben wird. Sobald Knoten, Rauheiten, Einschnürungen und ähnliche Ungleichförmigkeiten auftreten, sinkt jedoch die Ausgangsspannung U kurzzeitig unter den Schwellwert S, wodurch ein Ausgangsimpuls des Komparators 7 (Fig. 1) ausgelöst wird.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Empfänger 5 (Fig. 1), bei welchem eine Fotodiode 11 im Brennpunkt einer Sammellinse 12 angeordnet ist. Anstelle der dargestellten einzelnen Linse kann auch ein mehrlinsiges, vorzugsweise ein chromatisches Objektiv verwendet werden. Solange der reflektierte Lichtstrahl 13 parallel zur optischen Achse 14 einfällt, wird er auf die Fotodiode 11 fokussiert. Eine Spaltblende 15, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft und eine gegenüber der Breite b des Lichtstrahls 13 kleine Breite c aufweist, ist nahe der Sammellinse 12 angeordnet. Zur Überwachung feiner Drähte hat sich beispielsweise eine Spaltbreite von c = 100µm als günstig herausgestellt.

Bei einer Parallelverschiebung des Lichtstrahls 13 quer zur Längsrichtung der Spaltblende 15 ändert sich die Lichtmenge nicht, die durch die Spaltblende 15 hindurchtritt, solange der Lichtstrahl 13 die Spaltblende 15 erfaßt. Dadurch wird bewirkt, daß trotz Schwankungen der Lage des Objekts 4 innerhalb vorgegebener Toleranzen eine im wesentlichen konstante Intensität gemessen wird.

Wird jedoch durch eine Einschnürung oder einen Knoten der Lichtstrahl in einem anderen Winkel reflektiert, tritt der in Fig. 3 gestrichelt dargestellte reflektierte Lichtstrahl 16 - wenn überhaupt - nicht parallel zur optischen Achse in die Sammellinse bzw. die Spaltblende 15 ein, so daß er nicht auf die Fotodiode 11 fokussiert wird. Dadurch erfolgt ein deutlicher Einbruch der Ausgangsspannung, der ausgewertet werden kann, wie es im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 erläutert wurde. Die Spaltblende 15 bewirkt, daß jeweils nur ein kleiner Abschnitt des Objekts 4 betrachtet wird. Dadurch können auch sehr kurze Ungleichförmigkeiten (in Längsrichtung des Objekts gesehen) erkannt werden.

Die Anordnung nach Fig. 4 entspricht bezüglich der Stromversorgung 2, des Senders 1, des Objekts 4 und des Empfängers 5 im wesentlichen der Anordnung nach Fig. 1. Maßnahmen, welche zur Empfindlichkeitssteigerung bezüglich von Ungleichförmigkeiten des Objekts 4 dienen, insbesondere die Spaltblende 15 (Fig. 3), sind jedoch fortgelassen.

Das Ausgangssignal des Empfängers 5 wird wiederum in einem Verstärker 6 auf eine zur weiteren Auswertung geeignete Amplitude gebracht, jedoch bei der Anordnung nach Fig. 4 über ein Filter 21 geleitet, das im wesentlichen eine Tiefpaßcharakteristik aufweist. Dadurch werden die relativ kurzzeitigen Spannungsänderungen, die durch Einbrüche, Knoten oder sonstige Ungleichförmigkeiten entstehen, ausgesiebt. Das Ausgangssignal des Filters 21 stellt dann lediglich ein Maß für den Durchmesser des Objekts 4 dar, das mit Hilfe einer entsprechenden Anzeigevorrichtung 22 angezeigt werden kann. Durch eine entsprechende Eichung kann die Anzeige in einer geeigneten Maßeinheit, beispielsweise µm oder mm, erfolgen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erkennung von Ungleichförmigkeiten und/oder zur Messung des Durchmessers eines fadenförmigen Objekts, insbesondere eines Drahtes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl (3), der mit der Längsrichtung eines Objekts (4) einen spitzen Winkel (Einfallswinkel) bildet, auf das Objekt (4) gerichtet ist und daß die Lichtintensität in der Richtung eines von einem gleichförmigen Objekt reflektierten Lichtstrahls in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal mit einem Vergleichswert verglichen wird und daß Abweichungen angezeigt und/oder aufgezeichnet werden.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine paralleles Licht aussendende Lichtquelle (1) zur Erzeugung des auf das Objekt (4) gerichteten Lichtstrahls (3) vorgesehen ist und daß in Richtung des reflektierten Lichtstrahls ein opto-elektrischer Wandler (5, 11) angeordnet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem opto-elektrischen Wandler (11) eine Sammellinse (12) vorgeschaltet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Sammellinse (12) größer als der Durchmesser des auf das Objekt gerichteten Lichtstrahls (3) ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem opto-elektrischen Wandler (11) eine Spaltblende (15) angeordnet ist, die senkrecht zu einer Ebene verläuft, die von dem auf das Objekt (4) gerichteten Lichtstrahl (3) und der Längsrichtung des Objekts (4) gebildet ist.