NO315586B1 - Fremgangsmåte for detektering av fremmedmaterialer i fluid - Google Patents

Description

Den fremlagte oppfinnelse angår en fremgangsmåte for detektering av fremmedmaterialer med liten størrelse i et fluid, hvori del av en fluidpassasje dannes ved en transparent del og hvori lys spredd av fremmedmaterialer i fluidet observeres ved nevnte transparente del til nevnte fluidpassasje fra en retning vesentlig perpendikulær til retningen i hvilken fluidet strømmer i fluidpassasjen.

Hvis meget små fremmedmaterialer finnes i f.eks. et resin som benyttes for å forme en ekstrusjonsstøpt forbindelse (EMJ) for en høyspennings-kryssforbundet polyetylen (XLPE) isolert kabel, kan de forårsake elektriske vanskeligheter. Det er således nødvendig å detektere eksistensen av ethvert fremmed- materiale i resinet som tømmes i en form for å forme et EMJ.

I konvensjonelle fremgangsmåter for detektering av fremmedmateriale i et resin, testes en forhåndsbestemt mengde resin kontinuerlig og det testede resinet ekstruderes til et 0,1-0,5 mm tykt ark. Arket som således formes inspiseres ved hjelp av en laserstråletransmisjon eller reflekteringsfremgangsmåte for å finne ethvert fremmedmateriale med en størrelse større enn 30^401. Men det som under-søkes i disse fremgangsmåtene er bare en utvalgt prøvedel av fluidet, ikke hele fluidmassen.

I en fremgangsmåte for detektering av fremmedmateriale i en flytende medi-sin, føres et parti av en væske forbi og styres inn i en passasje 51 laget av et transparent glass som vist i fig. 4A. En laserstråle rettes mot passasjens innsnevrede del 51a fra en laser 52 mot en lyssamler 53. Når laserstrålen treffer på fremmedmateriale i fluidet, vil de spre strålen i enhver retning. En del av lyset som spres sideveis mottas av en lysmottaker 53 slik som en fotomultiplikator, som produserer fotoelekt-riske signaler. Deres størrelser sammenlignes med de til forhåndskontrollene referanse-signaler for å beregne størrelsen og mengden av fremmedmateriale som strømmer i fluidet. Denne fremgangsmåten er også en prøvetakingsmetode og ikke i stand til å undersøke fremmed- materiale i hele fluidet.

IBM Technical disclosure. Vol. 28, nr. 1, juni 1985, side 331-332 omtaler "Improved detection of contaminating particles in fluids", hvori en lysstråle rettes ned et transparent rør. Det transparente røret har striper eller er plassert ved siden av et gitter, slik at lys som spres av partiklene moduleres ved en karakteristisk frekvens

som avhenger av spatialperioden til stripene eller gitteret og fluidhastigheten.

Ifølge den fremlagte oppfinnelse er det fremskaffet en fremgangsmåte for detektering av små fremmedmaterialer i et fluid, ifølge innledningen av beskrivelsen og som er kjennetegnet ved at en ringformet lysstråle avgis i nevnte transparente del vesentlig langs aksen til nevnte fluidpassasje for på den måten å omgi nevnte fluidpassasje.

Omfattende hensyn ble tatt til teknikker for effektiv detektering av meget små fremmedmaterialer i hele fluidet som skulle undersøkes.

Vi preparerte et glassrør med en indre diameter på 25 mm og 300 mm langt. En væske som har vesentlig de samme optiske egenskapene (lystransmisjon, bryt-ningsfaktor, etc.) som en kryssforbundet polyetylen (XLPE) -blanding i en smeltet til-stand ble forseglet i dette glassrøret. Fremmedmateriale, slik som glasskuler og metallfibre, på fra noen i til noen millimeter, ble blandet deri. Lys ble avgitt ved røret og dets spredte lysstråler ble fanget av et CCD-kamera. Glassrøret og CCD-kameraet ble flyttet med en hastighet på 10 mm/sek. i forhold til hverandre.

Det ble funnet at ved å avgi lys fra én ende av glassrøret med CCD-kamera innstilt ved én side av røret, kunne antallet og formen av fremmedmateriale bereg-nes med nøyaktighet ved å observere de sideveis spredte lysene. Det ble også funnet at ved å innstille vinkelen mellom den optiske aksen av det projiserte lyset og retningen i hvilken CCD-kameraet er stilt inn ved 90°, ble fremmed materialet fanget ved en mengde på 100%. Ved en vinkel forskjellig fra 90° var detekteringsmengden dårligere på grunn av f.eks. total refleksjon eller problemer med å fange opp de spredte lysene fullstendig.

Med fremgangsmåten ifølge den fremlagte oppfinnelse kan meget små fremmedmaterialer i hele fluidet detekteres lettvint og pålitelig. Detekteringsnøyak-tigheten er høy sammenlignet med den konvensjonelle prøvemetoden.

Den fremlagte oppfinnelse kan således benyttes fordelaktig for slike anven-delser som ved ekstrusjon av kabelisolasjon og produksjon av ekstrusjonsstøpte forbindelser, eller i en produksjonslinje av <y>æskeprodukter slik som flytende medi-siner og matvarer.

Andre trekk og formål med den fremlagte oppfinnelse vil fremkomme fra den

følgende beskrivelse gjort med referanse til de vedføyde tegninger, i hvilke:

Fig. 1A er et skjematisk riss som forklarer en utførelse av en fremgangsmåte for detektering av fremmedmaterialer med liten størrelse i et fluid som ikke er beskyttet av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 1B er et tverrsnittriss tatt langs linje X-X i fig. 1 A; Fig. 2 er et ytterligere snittriss; Fig. 3 er et riss som viser en første måte for å prosjektere lys på i henhold til oppfinnelsen; Fig. 4A er et skjematisk riss som forklarer en konvensjonell fremgangsmåte; Fig. 4B er dens kretsdiagram; Fig. 5 er et skjematisk snitt som viser hvorledes fremgangsmåten ifølge den fremlagte oppfinnelse anvendes for å danne et EMJ for en høyspenningskabel; og Fig. 6 er et blokkdiagram som viser hvorledes fremgangsmåten ifølge den fremlagte oppfinnelse anvendes for ekstrusjonen av kabelisolasjon.

Med referanse til fig. 1A, som ikke er beskyttet av den foreliggende oppfinnelse, er en passasje 1 for mating av smeltet resin med høy temperatur fra en ekstruderer til en støpeform, bøyd ved en rett vinkel slik at den strekker seg parallell til det projiserte lyset. En del 1a av passasjen 1 er formet av en transparent del 3, slik som et krystallglass, for å benytte denne delen som en observasjonssone. Som vist i fig. 1B har den transparente delen 3 et kvadratisk tverrsnitt og en del 1 a med sirkulært

tverrsnitt.

Et projisert lys 2 ble produsert av en halogenlampe eller lignende, og samlet ved hjelp av en passende innretning og avgitt ved den transparente delen 3 i en retning vesentlig langs aksen til passasjen 1. Et CCD-kamera 4 ble installert vesentlig normalt til den optiske aksen (og således til passasjeaksen), og dens brennvidde og dybdeskarphet ble justert hensiktsmessig for på den måten å fange lyset som spres sideveis på grunn av fremmed materialene i fluidet.

Observasjonssonen ble skjermet helt og plassert i en boks for å hindre at CCD-kameraet 4 ikke plukket opp noe utvendig lys. Også for å hindre det smeltede resinet fra å avkjøles ved kontakt med glasset, ble temperaturen i boksen holdt ved 120-13OC ved å utstyre boksen med et elektrisk varmeelement. Dessuten, hvis nødvendig, kan overflaten til glasset 3, som observasjonsoverflaten, fremskaffes med et totalt refleksjons-sikkert belegg 3a. Også et antall CCD-kameraer 4 kan benyttes. Passasjen kan ha en snittform forskjellig fra en sirkel. For eksempel kan den ha et ovalt eller lignende tverrsnitt.

Med dette arrangementet kan et smeltet resin mates gjennom passasjen 1 ved en konstant hastighet uten muligheten av å avkjøles. Resinet ble projisert på CCD-kameraet i form av en vesentlig transparent fluid.

Et smeltet resin som inneholder metallisk, fiberholdig eller andre typer av fremmedmateriale på flere u til flere millimeter, ble ekstrudert inn i passasjen 1. Det projiserte lyset ble spredt ved at det traff fremmedmaterialet og det spredte lyset ble observert av CCD-kameraet. Bildene av ukjent materiale ble med hell fanget av CCD-kameraet. Av bildene av fremmedmateriale (i de spredte lysene) fanget av CCD-kameraet, ble de som overskred et forhåndsbestemt nivå klassifisert som signaler og registrert ved utløsning. Størrelsen på fremmedmateriale som oppnås ved bildeanalysen med en computer, stemmer godt overens med deres virkelige stør-relser.

Det ble også funnet at, når observasjonen ble gjort med et enkelt CCD-kamera 4, fra én side av den kvadratiske transparentdelen 3 på måten som beskre-vet ovenfor, var det vanskelig å oppdage fremmedmaterialer som strømmet nær den indre veggoverflaten til den transparente delen 3, fordi de ble skygget og ikke noe spredt lys ble produsert. Dette resulterer i dårlig detekteringsnøyaktighet, fordi alt fremmed- materiale ikke plukkes opp av kameraet.

For å løse dette problemet benyttet vi i fig. 2 en transparent del 3 med et heksagonalt tverrsnitt og tre CCD-kameraer 4 som ble installert som vist i figuren. De tre sidene 3b diagonalt motstående til sidene som direkte vender mot CCD-kameraene 4, ble formørket eller utsatt for lysabsorberingsbehandling.

Med dette arrangementet var hele området av passasjen 1 innen det kombi-nerte synsfeltet til CCD-kameraene 4. Alt det spredte lyset og bildet av fremmedmaterialet ble fanget med en hyppighet på 100% ved hjelp av CCD-kameraene 4. Hvis strømningshastigheten av fluidet er for høy for at CCD-kameraene kan fange opp alle de spredte lysene, kan en lukkemekanisme fremskaffes på hvert CCD-kamera

for å fange det spredte lyset i en bredere grad.

Det innfallende lyset kan være 1) et som har en slik bølgelengde at det viser en høy transmisjon i en væske, 2) et med en slik bølgelengde at det viser en høy refleksjon mot små fremmedmaterialer, 3) et synlig lys med et bredt bølgelengdebånd, som introduseres gjennom et lyssamlingssystem slik som en linse, 4) en laserstråle produsert ved en kontinuerlig oscillerende laser som er i stand til å oscillere bølgelengder med en høy transmisjon i et fluid, eller 5) i tilfelle strømningshastigheten av fluidet er for høy for å fange det spredte lyset stabilt, kan det innfallende lyset konverteres ved hjelp av en høy-hastighetslukker til pulslys synkronisert med bildeprosesseringssystemet for å plukke opp spredt lys i en bredere grad.

For å avgi lys i en retning vesentlig parallell til passasjen, kan lyset føres gjennom et koaksialt glassrør som vist i fig. 3. I dette tilfelle kan lys avgis fra retningen motsatt til retningen avfluidstrømmen.

Det innfallende lyset kan avgis fra en ringformet (oval) lampe som benytter et optisk fiber direkte ved den transparente delen. I dette tilfelle er det ikke nødvendig å bøye passasjen 1 med en rett vinkel oppstrøms av observasjonssonen. Dette bedrer konstruksjonsfriheten og anvendelsesfleksibiliteten ved konstruksjon av sys-temet.

I tilfelle med et høytemperatur- eller lavtemperatur-fluid, bør materialene for glassdelen og metalldelen i observasjonssonen være valgt ved å ta hensyn til deres lineære ekspansjonskoeffisient. Dessuten er det nødvendig å tilveiebringe en passende lekkasjehindrende innretning på forbindelsen.

I fig. 5 angir nummeret 10 en boks for detektering av fremmedmateriale som bærer observasjonsenheten som vist i fig. 1. Et resin i form av små kuler i en tank 11 mates til en ekstruderer 12 hvor resinet oppvarmes og smeltes. Et fint filter 12a er tilpasset på dens utgang. Det høytemperatur-smeltede resinet som ekstruderes fra ekstruderen 12 mates gjennom en passasje 13 til fremmedmaterial-detektorboksen 10 og så til en form 14 som inneholder et parti hvor en kabel 15 skal forbindes. Ethvert fremmedmateriale innbefattet i det smeltede resinet detekteres ved observasjonsenheten i detektorboksen 10 og støtes ut fra en utløpsventilenhet 18.

Som vist i fig. 6 veies resinkuler 21 som et grunnresin og en antioksidant 22 ved 23, blandes og smeltes ved 24 og mates gjennom et fint filter 24a til en fluidpassasje 25. I passasjen 25 er det fremskaffet en observasjonsenhet 20 ifølge den fremlagte oppfinnelse, som tjener til å detektere fremmed- materiale innbefattet i det smeltede resinet. Resinet mates fra enheten 20 gjennom en pelletrerer 27 til et parti 29 for impregnering av resinet med et kryssforbindtngsmiddel.

Hvis fremmedmateriale oppdages i observasjonsenheten 20, tømmes resinet ut av linjen gjennom et utløpsparti 26 med en omkoplingsventil. Resinet, som har blitt impregnert med et kryssbindingsmiddel, lagres temporært i en traktbeholder 30 og tilføres ved en forhåndsbestemt mengde til en ekstruderer 31. Resinet ekstruderes så ved et krysshode 32 for å ekstrudere en kabelisolasjon eller lignende.

Idet det ikke er nødvendig å bøye fluidpassasjen ved en rett vinkel like før observasjonsenheten ved fremstilling av en kabel, kan observasjonsenheten 20 an-bringes mellom ekstruderen 31 og krysshodet (eller formingspartiet) 32. Med dette arrangementet kan fremmedmateriale detekteres like før formingstrinnet.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for detektering av fremmedmaterialer med liten størrelse i et fluid, hvori del av en fluidpassasje dannes ved en transparent del og hvori lys spredd av fremmedmaterialer i fluidet observeres ved nevnte transparente del til nevnte fluidpassasje fra en retning vesentlig perpendikulær til retningen i hvilken fluidet strømmer i fluidpassasjen, hvorved detektering av fremmedmaterialer med liten størrelse i fluidet er karakterisert ved at at en ringformet lysstråle avgis i nevnte transparente del vesentlig langs aksen til nevnte fluidpassasje for på den måten å omgi nevnte fluidpassasje.

2. Fremgangsmåte for detektering av fremmedmaterialer med liten størrelse som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte lysstråle avgis fra en lys-kilde gjennom et optisk fiber og styres direkte til den transparente delen for på den måten å vesentlig omgi fluidpassasjen i en ringform.

3. Fremgangsmåte for detektering av fremmedmaterialer med liten størrelse som angitt i krav 1,karakterisert ved at et CCD-kamera benyttes som en observasjonsinnretning for på den måten å bestemme størrelsen av fremmedmaterialer ved fremstilling av bilder som oppnås ved hjelp av CCD-kameraet med en datamaskin.