DE69212299T2 - Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen zerstörungsfreien überwachung der dickenäderung von profilkörpern - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen zerstörungsfreien überwachung der dickenäderung von profilkörpernInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zerstörungsfreien und kontinuierlichen Messung und/oder Regelung der Dicke eines Profils.
- Zahlreiche Techniken, die das zerstörungsfreie und kontinuierliche Messen der Dicke eines Profils ermöglichen, wurden in der Vergangenheit vorgeschlagen.
- So hat man die Verwendung einer Quelle vorgeschlagen, welche Ultraschall, der mit einem Detektor zusammenwirkt, erzeugt, wobei die Anordnung es ermöglicht, die kontinuierliche Regelung der Dicke des Profils vorzunehmen. Diese Technik erfordert einen Kontakt zwischen dem Profil und dem Detektor, was nicht sehr günstig für eine vollständige Regelung der gesamten Oberfläche des Profils wegen des geringen Oberflächenkontakts des Empfängers bezogen auf die zu regelnde Oberfläche ist. Im übrigen ist dieses Verfahren praktisch unanwendbar für den Fall eines Profils, das wellungen umfaßt.
- Vorgeschlagen hat man bereits Verfahren, welche ionisierende Strahlungen, insbesondere Betastrahlungen verwenden, in diesem Fall jedoch muß der Detektor unter einer festen Distanz von der Oberfläche des Profils angeordnet sein, was ein technisch schwer zu lösendes Problem im Falle von Profilen mit wellungen stellt. Darüber hinaus ist es im Falle der Verwendung von Betastrahlungen notwendig, Schutzmittel gegen Strahlungen vorzusehen, was das Verfahren und seine Verwirklichung sehr kompliziert.
- Das Dokument WO 81/03704 beschreibt ein Verfahren zum Prüfen der Oberfläche eines Festkörpers, wonach eine pulsierende Infrarotquelle punktuell gegen das Objekt schickt und die resul tierende Strahlung analysiert wird.
- Im übrigen offenbart das Dokument JP 2 309 205 eine Art und Weise, wie man die Dicke einer Adhäsivschicht durch Messen der durch diese Schicht gespeicherten Wärme mißt.
- Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien und kontinuierlichen Messen und/oder Regeln der Dicke eines Profils vor, bei dem die Nachteile der Verfahren des Standes der Technik behoben werden. Insbesondere ist das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung leicht anwendbar auf den Fall der gewellten Profile, unabhängig von der Form und der Amplitude der Wellungen. Das Verfahren nach der Erfindung basiert auf der Messung der durch das Profil während einer Heizphase oder einer Kühlphase ausgesandten Strahlung.
- Ohne durch irgendeine Theorie gebunden zu sein, kann man abschätzen, daß ein Material im wesentlichen homogener Dichte sich umso schneller abkühlt oder erwärmt, je geringer seine Dicke ist. Indem man also beispielsweise mit Hilfe einer Infrarotkamera die durch das Profil während eines thermischen übergangsregimes ausgesandte Strahlung mißt oder beobachtet, d.h. während ihres Aufheizens oder während ihres Abkühlens, wird es möglich, kontinuierlich Dicken oder Dickenveränderungen zu beobachten oder zu messen.
- Es ist üblicherweise zuzugeben, daß ein Material im wesentlichen homogener Dichte eine Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung aussendet, deren Leistung proportional zur vierten Potenz ihrer Oberflächentemperatur ist. Während eines Übergangsbereichs der Temperatur (Abkühlung oder Erwärmung) hängt die Entwicklung der Oberflächentemperatur von der Dicke des Profils ab. Über ein im wesentlichen gleichförmig gekühltes oder erwärmtes Profil entsprechen jeder Dickenveränderung unterschiedliche Oberflächentemperaturen, somit Strahlungsemissionen, insbesondere im Infrarotbereich unterschiedlicher Leistungen. Dieses Phänomen ist umso markanter für Materialien mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit und für die das Abkühlen oder das Erwärmen im allgemeinen schneller als die Homogenisierung der Temperatur mitten im Material erfolgt.
- So ermöglicht es die vorliegende Erfindung insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, eine kontinuierliche zerstörungsfreie Regelung durch Infrarotkamera der Dicke von gewellten thermoplastischen Rohren zu realisieren, die beispielsweise den Kern von armierten gewellten Rohren darstellen.
- Die Vorrichtung zum zerstörungsfreien und kontinuierlichen Messen und/oder Regeln der Dicke eines Profils nach der vorliegenden Erfindung nutzt dieses physikalische Phänomen aus.
- Die Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt in Kombination:
- a) wenigstens ein Mittel, das dazu bestimmt ist, eine kontinuierliche Änderung der Temperatur dieses Profils zu erzeugen,
- b) wenigstens ein Mittel zum Erfassen und Messen der Strahlung, die durch dieses Profil während dieser Temperaturänderung ausgesandt wurde,
- c) ein Mittel zum Aufzeichnen der ausgesandten Strahlung in Verbindung mit diesem Detektor- und Meßmittel, und
- d) wenigstens ein Mittel, das es diesem Detektor und Meßmittel der ausgesandten Strahlung ermöglicht, die gesamte zu regelnde Oberfläche des Profils zu überstreichen.
- Nach der Erfindung umfaßt das Detektor- und Meßmittel der ausgesandten Strahlung eine Infrarotkamera, die mit einem Sichtbarmachungsschirm und/oder einem Informatiksystem verbunden ist, das eine Bildverarbeitungssoftware umfaßt.
- Das Informatiksystem umfaßt bevorzugt ein Speichermittel für Bilder, die von der Infrarotkamera geliefert wurden und/oder für Ergebnisse, die durch die Bildverarbeitungssoftware geliefert wurden.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vorrichtung wenigstens ein Mittel, das es ermöglicht, den Vorbeilauf des Profils, beispielsweise der Ketten zu ermöglichen und wenigstens ein Mittel, das die Synchronisierung dieses Vorbeilaufs mit der Überstreichbewegung des Detektormittels und Meßmittels für die ausgesandte Strahlung ermöglicht, damit die gesamte Oberfläche des Profils durch dieses Detektor- und Meßmittel überstrichen wird.
- Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden für das zerstörungsfreie und kontinuierliche Messen und/oder Regeln der Dicke eines Profils bei seiner Herstellung. In diesem Fall wird das Heizmittel für das Profil gebildet durch die Formgebungsvorrichtung für dieses Profil. Dieser Formgebungsapparat kann beispielsweise ein Extruder, eine Düse einer Pultrusionsmaschine oder irgendeine andere dem Fachmann bekannte Vorrichtung sein.
- Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden für das zerstörungsfreie und kontinuierliche Messen und/oder Regeln der Dicke eines Profils vor seiner Verwendung, beispielsweise im Augenblick seiner Herstellung, jedoch auch nach seiner Herstellung oder an einem von seinem Herstellungsort entfernten Ort. In einem solchen Fall ist das Heiz- oder Erwärmungsmittel für dieses Profil üblicherweise gewählt aus der Gruppe, die gebildet wird durch die elektrischen Widerstände, die gasförmigen oder flüssigen heißen Fluide und die Heizquellen durch Strahlung (beispielsweise der Rampen von Infrarotlampen). Die Erwärmung kann beispielsweise erhalten werden durch Zirkulation eines heißen Fluids, beispielsweise von Luft, von Wasser, einem Mineralöl oder organischem Öl um dieses Profil herum oder im Fall eines Profils mit der Gestalt eines Rohres in dessen Innerem.
- Das Profil wird meist derart erwärmt, daß seine Temperatur wenigstens 50ºC oberhalb der Umgebungstemperatur in der Zone ist, die sich in Höhe des Detektor- und Meßmittels für die Strahlung befindet. Die Maximaltemperatur der Erwärmung hängt ab von dem oder den das Profil bildenden Materialien; sie ist meist höchstens gleich der Bildungstemperatur des Profils, beispielsweise der Extrusionstemperatur des thermoplastischen verwendeten Materials, die meist bei etwa 160 bis etwa 2800ºC liegt.
- Die Position des Detektor- und Meßmittels für die Strahlung, bezogen auf die des Heizmittels, hängt gleichzeitig ab von dem das Profil bildenden Material, der Temperatur, auf die man es erwärmt und seiner mittleren Dicke. Dieses Detektor- und Meßmittel ist bevorzugt an einem Punkt positioniert, wo die Temperatur dieses Profils etwa 50ºC bis etwa 140ºC beträgt. Die Entfernung zwischen diesem Mittel und dem Profil selbst ist nicht kritisch und kann leicht vom Fachmann als Funktion der Charakteristiken dieses Detektor- und Meßmittels, insbesondere als Funktion der Empfindlichkeit der Erfassung gewählt werden.
- Für den Fall einer kontinuierlichen Regelung der Dicke eines Profils ist es oft wünschenswert, wenigstens ein Alarmmittel vorzusehen, das automatisch auslöst, wenn die Dicke des Profils, wenigstens an einer Stelle, sich außerhalb eines Bereichs der vorher festgelegten Dicke befindet. Ein solches Alarmsystem kann beispielsweise hilfsgesteuert werden durch das Informatiksystem, dessen Bildverarbeitungssoftware nach der Eichung es ermöglichen kann, die gemessenen Temperaturen in Dicken umzuwandeln. Es ist so möglich, ein oder mehrerer Schwellenwerte oder Alarmniveaus festzulegen. Man kann beispielsweise vorsehen, eine Alarmschwelle für eine Dicke höher als einem vorher festgelegten Wert und eine Alarmschwelle für eine Dicke niedriger als einen vorher gewählten Wert festzulegen oder nur eine einzige Alarmschwelle zu wählen, beispielsweise für eine Dicke, die niedriger als ein vorher gewählter Wert ist.
- Das Mittel, das es vermittels des Detektor- und Meßmittels ermöglicht, die gesamte Oberfläche des Profils zu überstreichen, kann ein Führungssystem umfassen, beispielsweise eine Schiene, auf der dieses Detektor- und Meßmittel in beweglicher Weise befestigt werden kann.
- Die vorliegende Erfindung hat auch ein Verfahren zum zerstörungsfreien und kontinuierlichen Messen und/oder Regeln der Dicke eines Profils zum Gegenstand und zeichnet sich dadurch aus, daß es in Kombination umfaßt: die Erzeugung einer kontinuierlichen Veränderung der Temperatur dieses Profils bis auf eine ausreichende Temperatur, damit dieses Profil eine Strahlung aussendet, die Erfassung und die Messung über die gesamte Fläche dieses Profils der durch dieses Profil ausgesandten Strahlung, das Überstreichen der gesamten Oberfläche des Profils durch das Detektor- und das Meßmittel für die Strahlung sowie das Aufzeichnen der durch dieses Profil ausgesandten Strahlung, ihre Veränderung und/oder ihre Verarbeitung mit Hilfe eines Informatiksystems, das eine Bildverarbeitungssoftware umfaßt.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieses Profil auf eine Temperatur derart erwärmt, daß es eine Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge aussendet, die im wesentlichen zwischen 2 und 25 Mikrometer und bevorzugt zwischen 2 und 5 Mikrometer liegt.
- Nach einer besonderen Ausführungsform umfaßt das Verfahren der Erfindung das Vorbeilaufen des Profils und das Aufzeichnen der durch das synchronisierte Überstreichen der gesamten Oberfläche des Profils durch den Strahlungsdetektor ausgesandten Strahlung.
- Für den Fall einer kontinuierlichen Regelung der Dicke eines Profils ist es wünschenswert, einen Alarm zu verwenden, der automatisch durch das Informatiksystem ausgelöst wird, wenn die gemessene Dicke des Profils, wenigstens an einer Stelle, sich außerhalb eines vorher festgelegten Dickenbereichs befindet.
- Das Verfahren zum Regeln und/oder Messen nach der vorliegenden Erfindung ist insbesondere günstig anwendbar auf die Regelung der Profile aus thermoplastischen Materialien wie solchen aus Polyethylen (PE), aus Polypropylen (PP), aus Polyamid (PA), aus Polyvinylchlorid (PVC), aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) und aus Polyterephthalat von Diolen wie dem Ethylenglycol oder dem 1,4-Butandiol. Diese thermoplastischen Materialien können ggf. durch Fasern wie beispielsweise Glasfasern, Karbonfasern oder aromatischen Polyamiden wie beispielsweise Kevlar (eingetragenes Warenzeichen) verstärkt sein. Diese Materialien weisen sämtlich eine relativ geringe thermische Leitfähigkeit und eine starke Emessivität, insbesondere im Bereich der dem Infrarot entsprechenden Wellenlängen auf.
- Die vorliegende Erfindung läßt sich anwenden auf die Regelung und die Messung der Dicke von flachen oder röhrenformigen Profilen mit einem im wesentlichen kreisförmigen, ovalen, elliptischen rechteckigen Querschnitt oder jeder anderen Form, die durch eine geschlossene Kurve definiert wird. Sie ist besonders gut anwendbar auf die Regelung oder die Messung der Dicke von Rohren oder gewellten Platten. Diese Wellungen können eine beliebige Form und eine sehr variable Amplitude haben. Diese Wellungen sind beispielsweise Wellungen sinusförmigen, quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitts.
- Die Profile haben üblicherweise eine mittlere Dicke von etwa 0(1 Millimeter bis etwa 20 Millimeter und meist von etwa 0,2 Millimeter bis etwa 10 Millimeter.
- Beispielsweise, jedoch nicht als begrenzend anzusehen, wird die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung schematisch in Fig. 1 erläutert, während die Fig. 2 eine vereinfachte Sichtbarmachung eines gewellten Rohres ist.
- Die Vorrichtung nach der Erfindung, schematisch dargestellt in Fig. 1, umfaßt eine Extrusionsvorrichtung 2, welche die kontinuierliche Extrusion eines Rohres 1, beispielsweise von im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt ermöglicht und Wellungen sinusförmigen Querschnitts aufweist. Wie bereits vorher erwähnt, ist das Heizmittel 2 in diesem Fall die Extrusions vorrichtung selbst.
- Das Rohr bewegt sich längs seiner Längsachse YY', beispielsweise bei im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit und seine Oberfläche wird von einer Infrarotkamera 3 überstrichen, die auf einem beweglichen Wagen positioniert ist, der sich gleichzeitig auf einer Schiene 4 senkrecht zur Achse YY' des Rohres bewegt. Die Infrarotkamera ist mit einem Informatiksystem 5 verbunden, das einen Bildschirm 6 umfaßt.
- Fig. 2 ist eine Darstellung zur Regelung der Dicke eines PVDF Rohres mittlerer Dicke von 1 Millimeter. Die verwendete Vorrichtung zum Durchführenderregelungistdieinfig.1gezeigte. Die verwendete Infrarotkamera kann eine an sich bekannte Kamera, beispielsweise eine Kamera der eingetragenen Marke THERMOVISION sein, die verkauft wird durch die franzosische Firma AGEMA; diese Kamera wird mit flüssigem Stickstoff gekühlt und besitzt ein Spektralband von 2-5 Mikrometer. Das zugeordnete Informatiksystem kann ein System sein, das verkauft wird von der Firma AGEMA unter der Bezeichnung TIC-8000, und umfaßt einen Rechner IBM PC-AT und ein Programm wie beispielsweise CATS-E, entwickelt von der Firma AGEMA zu Zwecken der thermischen Analyse. Der in Fig. 2 wiedergegebene Schirmeindruck wird durchgeführt mit Hilfe eines an sich bekannten Tintendruckers.
- Die Erfindung besteht also darin, die gesamte Oberfläche des zu untersuchenden Profils mit Hilfe einer Infrarotkamera 3 zu überstreichen, wobei das Profil dann im thermischen Übergang ist, d.h. entweder in der Heizperiode oder in der Abkühlungsperiode jedenfalls dabei ist eine Strahlung auszusenden, die in der Lage ist, durch diese Kamera erfaßt zu werden.
- Das der Infrarotkamera 3 zugeordnete Informatiksystem umfaßt insbesondere ein Aufzeichnungsmittel für die ausgesandte Strahlung, ein Speichermittel für die durch die Kamera gelieferten Bilder, ein Verarbeitungsmittel für diese Bilder, ein Mittel zum Speichern der durch das Bildverarbeitungsmittel gelieferten Ergebnisse.
- Erfindungsgemäß stellt sich für ein gegebenes Profil jede Dickenveränderung dar durch das Auftreten eines Flecks auf dem Bild des auf dem Schirm sichtbar gemachten Profils, wobei der Fleck einer Farbveränderung oder einer Veränderung des Grauniveaus für Schwarz/Weiß-Schirme entspricht. So zeigt Fig. 2 die Darstellung eines vereinfachten Schirms, wonach man drei Flecke A, B, C sehen kann, die jeweils drei Fehlern entsprechen.
- Selbstverständlich ist der Fachmann in der Lage, irgendeinen Zusatz, eine Hinzufügung und/oder eine Modifikation im Rahmen der vorliegenden Erfindung; ausgehend von der Vorrichtung und vom Verfahren, die vorstehend gerade (ohne hierauf begrenzt zu sein) beschrieben und dargestellt wurden, sich vorzustellen.
Claims (10)
1. Vorrichtung zur zerstörungsfreien und kontinuierlichen
Messung und/oder Regelung der Dickenveränderung eines Profils,
in Kombination umfassend:
a) wenigstens ein Mittel (2), das dazu bestimmt ist, eine
kontinuierliche Temperaturänderung (oder einen thermischen
Übergang) dieses Profils zu erzeugen,
b) wenigstens ein Mittel (3) zur Erfassung und Messung der
durch dieses Profil während dieses thermischen Übergangs
ausgesandten Strahlung,
c) ein Mittel zur Aufzeichnung der ausgesandten Strahlung, in
Verbindung mit diesem Erfassungs- und Meßmittel,
d) wenigstens ein Mittel (4), das es diesem Erfassungs- und
Meßmittel für die ausgesandte Strahlung ermöglicht, die gesamte
Oberfläche des Profils zu überstreichen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungs- und Meßmittel für
die ausgesandte Strahlung eine Infrarotkamera (3) umfaßt, die
mit einem Sichtbarmachungsschirm (6) und/oder einem
Informatiksystem, das Bildverarbeitungssoftware umfaßt, verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem das Informatiksystem
ein Speichermittel der durch die Infrarotkamera gelieferten
Bilder und/oder der Ergebnisse umfaßt, die durch die
Bildverarbeitungssoftware geliefert wurden.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sie im übrigen wenigstens ein Mittel, das
den Durchlauf des Profils ermöglicht, und wenigstens ein Mittel,
das die Synchronisation dieses Durchlaufs mit der
überstreichbewegung des Erfassungs- und Meßmittels für die ausgesandte
Strahlung erlaubt, umfaßt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem
dieses Mittel, das dazu bestimmt ist, eine Temperaturänderung des
Profils zu erzeugen, ein Heizmittel ist, das durch eine
Vorrichtung (2) zur Formgebung dieses Profils gebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das
Heizmittel für das Profil gewählt ist aus der Gruppe, die
gebildet ist durch die elektrischen Widerstände, die gasförmigen oder
flüssigen heißen Fluide sowie die Strahlungswärmequellen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sie im übrigen wenigstens ein Alarmmittel
umfaßt, das automatisch auslöst, wenn die gemessene Dicke des
Profils wenigstens an einer Stelle sich außerhalb eines vorher
festgelegten Dickenbereichs befindet.
7. Verfahren zur zerstörungsfreien und kontinuierlichen
Messung und/oder Überwachung bzw. Regelung einer Dickenveränderung
eines Profils, dadurch gekennzeichnet, daß es in Kombination
umfaßt:
- die Erzeugung einer kontinuierlichen Veränderung der
Temperatur dieses Profils bis auf eine ausreichende Temperatur, damit
dieses Profil eine Strahlung aussendet und
- die Erfassung und Messung über die gesamte Oberfläche dieses
Profils der durch dieses Profil ausgesandten Strahlung,
- das Überstreichen der gesamten Oberfläche des Profils durch
das Erfassungs- und Meßmittel für diese Strahlung und
- die Aufzeichnung der durch dieses Profil ausgesandten
Strahlung, seine Sichtbarmachung und/oder seine Verarbeitung mit
Hilfe eines Informatiksystems, das eine
Bildverarbeitungssoftware umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
dieses Profil auf eine Temperatur derart erwärmt wird, daß es
eine Infrarotstrahlung mit einer wellenlänge aussendet, die im
wesentlichen zwischen 2 und 25 Mikrometer, bevorzugt zwischen
2 und 5 Mikrometer, umfaßt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, den Durchlauf
oder den Vorbeilauf des Profils und die Aufzeichnung der
Strahlung umfassend, die durch synchronisiertes Überstreichen der
gesamten Oberfläche des Profils durch einen Strahlungsdetektor
ausgesandt wurde.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Alarm automatisch durch das Informatiksystem
in Gang gesetzt wird, wenn die gemessene Dicke des Profils,
wenigstens an einer Stelle, außerhalb eines vorher festgelegten
-Dickenbereichs sich befindet.
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