DE3041943A1

DE3041943A1 - Verfahren zur automatischen zerstoerungsfreien messung der exzentrizitaet von beschichteten elektroden

Info

Publication number: DE3041943A1
Application number: DE19803041943
Authority: DE
Inventors: Akihiko Odawara Kanagawa Iochi; Isamu Fujisawa Kanagawa Kaie; Kazuo Fujisawa Kanagawa Nakata; Katsuhiko Kamakura Kanagawa Nomura; Kazuo Takeuchi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1979-11-08
Filing date: 1980-11-06
Publication date: 1981-05-27
Also published as: US4395119A; GB2065300B; JPH0225121B2; JPS5667704A; GB2065300A

Description

- Bühling - Kinne _; ,:.:

Grupe - Pellmann 3 O 4"19 4 3

Dipl.-Ing. R. Kinne ~ ³ " Dipl.-Ing. R Grupe

Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

6. November 1980

DE 0794 / case

FP-4672 SM

KQBE STEEL, LTD.

Kobe-city, Japan

Verfahren zur automatischen zerstörungsfreien Messung der Exzentrizität von beschichteten Elektroden

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Messung der Exzentrizität der Kerndrähte von Schweißstäben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, bestehen Schweißstäbe aus einem zylindrischen metallischen Kerndraht 1 und aus einem Beschichtungsstoff (Flußmittel) 2, der den Umfang des metallischen Kerndrahts mit einer so hohen Konzentrizität wie möglich bedeckt.

Im Herstellungsverfahren von Schweißstäben dieser Art sind die Kerndrähte mehr oder weniger exzentrisch in bezug auf den Außenumfang des Flußmittels. Die Exzentrizität e wird gemäß dem japanischen Industriestandard beschrieben durch

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Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070 Dfeidner Bank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

- 4 - DE 0794

χ 100

x 100 * 3

Wie in Fig. 1 erläutert, haben die verschiedenen Buchstaben in der vorstehenden Gleichung folgende Be-}Q deutung:

a: maximale Dicke der Beschichtung b: minimale Dicke der Beschichtung

d: l't Kerndrahtdurchmesser D: Beschichtungsdurchmesser a-b: Schwankung der Beschichtungsdicke —j—: exzentrische Abweichung

Als Standard für die Kontrolle des Grades der Exzentrizität, kann beispielsweise die Schwankung (a-b) der Wanddicke (exzentrische Abweichung) als Funktion der Exzentrizität e, des Durchmessers d des Kerndrahtes 1 und des Durchmessers D des Flußmittels 2 folgendermaßen ausgedrückt werden:

(a-b) = _e_' (D+d) ...(D 2+e

Somit kann die Qualität der Schweißstäbe durch Messen des Wertes von (a-b) kontrolliert werden.

Andererseits werden diese Arten von Schweißstäben mit einer außerordentlich hohen Geschwindigkeit, beispielsweise einer Geschwindigkeit von 1500 Stäben/min hergestellt, so daß es schwierig ist, die Exzentrizität

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] von einzelnen Stäben automatisch zu messen. Das derzeitige Verfahren der Qualitätskontrolle ist darauf gerichtet, durch überwachung von entnommenen Proben die Exzentrizität während oder nach dem Herstellungsvorgang zu messen.

Bei der Herstellung von Schweißstäben ist jedoch

die Exzentrizität und die Richtung der exzentrischen Abweichung von stranggepreßten Schweißstäben nicht gleichmäßig und in einigen Fällen variieren sie sogar bei einer

IQ willkürlichen Zahl von aufeinanderfolgenden Stäben einer Charge von einem Stab zum anderen. Deshalb ist es, um einen hohen Qualitätsstandard bei Schweißstäben zu halten, wünschenswert, die Zahl der untersuchten Proben zu erhöhen oder alle hergestellten Schweißstäbe zu untersuchen, ungeachtet der verschiedenen Probleme, die,wie nachstehend erläutert, bei den herkömmlichen Verfahren der Exzentrizitätsuntersuchung auftreten.

Die bekannten Verfahren, die die Messung der exzentrischen Abweichung oder der Schwankung der Beschichtungsdicke von Schweißstäben betreffen, werden in ein Mikroskop verwendende · Verfahren und in ein elektromagnetisches Exzentrizitätsmeßgerät verwendende Verfahren eingeteilt. Bei den erstgenannten Verfahren erfolgt eine zerstörende Untersuchung, die lästig ist und die untersuchten Schweißstäbe zerstört, sogar wenn sie eine brauchbare Qualität haben. Deshalb ist dieses Verfahren unter keinen Umständen für eine Untersuchung aller Stäbe anwendbar und auch bei.der Untersuchung von zur Probe entnommenen Stäben führt es zu einer Verringerung des Produktertrags.

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Bei den an zweiter Stelle genannten Verfahren^" ! wird ein untersuchender Schweißstab in einer willkürlichen Stellung mittels eines Paars von Meßköpfen eingespannt, die zwischen zwei Montagetischen vorgesehen sind; der untersuchte Stab wird von Hand gedreht, wobei die Schwankungen der Beschichtungsdicke damit geprüft wird, daß sie gegenläufig zu den Änderungen in der Differenz der Impedanz zwischen den zwei Meßköpfen ist. Dieses Verfahren ist abhängig vom Handbetrieb für eine automatische Untersuchung noch für Schweißstäbe mit Kerndrähten aus nichtmagnetischem Material oder mit ferromagnetisches Pulver enthaltendem Flußmittel verwendet werden.

Es is£ Aufgabe der Erfindung, die vorstehend ic erläuterten Probleme zu beseitigen und ein automatisches zerstörungsfreies Meßverfahren zur Untersuchung der Exzentrizität der Kerndrähte von Schweißstäben zu schaffen, wobei mittels einer optischen Einrichtung der Flußmittelabschnitt und der Kerndraht oder der Einspannabschnitt erfaßt werden. Hierzu soll ein Verfahren geschaffen werden, das zur Untersuchung aller Schweißstäbe angewendet werden kann, um die Exzentrizität eines einzelnen Stabes während des Herstellungsvorganges dieses Stabes zu prüfen. Ferner soll das Verfahren in der Lage sein, die Exzentrizität der Kerndrähte der Schweißstäbe mit hoher Genauigkeit sogar dann zu messen, wenn die Stäbe in einer schiefen Stellung oder in einem verbogenen Zustand sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

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30A19A3

Fig. 1 den Querschnitt eines Schweißstabes,

Fig. 2 eine Vorderansicht eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels ,

Fig. 4 eine die Beziehung zwischen dem Schweißstab und den Detektoren in dem Ausführungs

beispiel gemäß Fig. 2 zeigende Ansicht,

Fig. 5 eine Ansicht zur Erklärung der Arbeits- ;V weise des ersten Ausführungsbeispiels, ' entsprechend dem Schweißstab aus Fig. 4,

Fig. 6 den projizierten Lichtstrahl bei dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 eine Aufsicht eines in einem schräg angeordneten Zustand überführten Schweißstabes,

Fig. 8 einen schräg angeordneten Schweißstab, wie er bei dem ersten Ausführungsbeispiel

auftritt,

Fig. 9 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungs-

beispiel,
30

Fig. 10 bis 12 Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des zweiten Ausführungsbeispiels,

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Fig. 13 ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ,

Fig. 14 ein viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,

Fig. 15 bis 19 Beispiele der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Detektoren,

Fig. 20 den Schaltplan eines Steuersystems für

das ein Paar von Detektoren verwendende Ausführungsbeispiel,

Fig. 2'i den Schaltplan eines Steuerungssystems für das drei Detektoren verwendende Aus

führungsbeispiel ,

Fig. 22 die Ortsbeziehungen bei einem Schweißstab, die in die Arbeitsweise mittels des Steuerungssystems gemäß Fig. 21

einbezogen sind,

Fig. 23 ein Blockschaltbild wesentlicher Teile

des Systems gemäß Fig. 19, und 25

Fig. 24 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise gemäß Fig. 23.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, werden eine Vielzahl von Schweißstäben 3 in einer bestimmten Richtung und mit einer konstanten Geschwindigkeit durch eine Transportanlage 4 transportiert. Jeder Schweißstab hat ein auf den Umfang eines Kerndrahtes 1 aufgetragenes

bzw. beschichtetes Flußmittel 2, das so gleichmäßig wie or
^OJ möglich ist und eine so große Konζentriζitat wie möglich hat.

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a _ DE 0794

•j In diesem Beispiel sind die entsprechenden Achsen der Schweißstäbe 3, die nacheinander auf der Förderanlage angeordnet sind, grundsätzlich senkrecht zu der Bewegungsrichtung.

An geeigneten Stellen sind auf entgegengesetzten

Seiten des Durchgangs der Transportanlage 4 eine Lichtquelle 5, die einen Lichtstrahl in Richtung auf das Flußmittel

2 des Schweißstabes 3 projiziert , und eine photoempfind-IQ liehe Einrichtung 6, die entsprechend dem Licht der Lichtquelle 5 Ausgangssignale erzeugt, in Reihe mit einem weiteren Paar bestehend aus einer Lichtquelle 7 und einer photoempfindlichen Einrichtung 8 angeordnet, die auf entgegengesetzten Seiten des Durchgangs des Schweißstabes

]5 und quer zu einem Einspannabschnitt, d. h. dem Kerndraht 1 des Schweißstabes 3 angeordnet sind. Der erste Detektor 9, der aus der Lichtquelle 5 und der photoempfindlichen Einrichtung 6 besteht, und der zweite Detektor 10, der aus der Lichtquelle 7 und der photoempfindlichen Einrichtung 8 besteht, sind in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Transportanlage 4 ausgerichtet.

Jede der Lichtquellen 5 und 7 ist so eingerichtet, daß sie einen bandförmigen Lichtstrahl mit einer Breite, die etwas größer als der Durchmesser des Schweißstabes

3 ist, projiziert, während die photoempfindlichen Einrichtungen, die den bandähnlichen Strahl empfangen, aus einem Zeilenbildsensor oder etwas ähnlichem aufgebaut sind.

Bei der vorstehend erläuterten Anordnung wird der Lichtstrahl der Lichtquelle 5, sobald ein Schweißstab 3 in das Gesichtsfeld der photoempfindlichen Einrichtung 6 eintritt, durch das Flußmittel 2 des Schweißstabes 3 unterbrochen und die photoempfindliche Einrichtung 6

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erzeugt ein dem Flußmittelabschnitt entsprechendes Ausgangssignal/ wie es in den Fig. 4 und 6 gezeigt ist.

Andererseits erzeugt die photoempfindliche Einrichtung 8, wenn der Lichtstrahl der Lichtquelle 7 durch den Einspannabschnitt 1 des Schweißstabes 3 unterbrochen wird, ein dem Einspannabschnitt 1 entsprechendes Ausgangs signal.

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgangssignale der photoempfindlichen Einrichtungen und 8. Auf der Y-Achse ist die Signalgröße aufgetragen, während die X-Achse der Länge des Sensors oder der Signal zeit entspricht. Die obere Zeile gibt die Anzeige des Sensors 6 ah, wobei eine Anzeige bei der Breite (1) bis (4) entsprechend der Breite des Flußmittelabschnittes auftritt. Die mittlere Zeile gibt das Ausgangssignal des Sensors 8 an, während die untere Zeile die Differenz zwischen beiden darstellt, was zu den Werten von a und b führt.

Deshalb entspricht der senkrechte Abstand a zwischen den Abschneidepunkten (1) und (2) in den Ausgangssignalen der photoempfindlichen Einrichtungen 6 und dem Abstand zwischen der rechten Seitenlinie (1) des Flußmittels und der rechten Seitenlinie (2) des Einspannabschnittes des Schweißstabes 3 (Fig. 5),während der Abstand b zwischen den Abschneide- oder Eckpunkten

(3) und (4) dem Abstand zwischen der linken Seitenlinie (3) des Einspannabschnittes 1 und der linken Seitenlinie

(4) des Flußmittels 2 des Schweißstabes 3 entspricht.

Ferner entspricht die Breite des Ausgangssignals der photoempfindlichen Einrichtung 8 dem Durchmesser des Kerndrahtes 1.

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^DE 3^1943

-j Somit kann die Schwankung (a-b) in der Beschichtungsdicke aus Gleichung (1) aus den Ausgangssignalen der entsprechenden photoempfindlichen Einrichtungen 6 und 8 berechnet werden. Die zu diesem Zweck notwendigen

c Rechenoperationen werden automatisch mittels eines Computers 100 durchgeführt, der mit den Detektoren 9 und 10 verbunden ist.

Zweites Ausführungsbeispiel

Bei dem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird es schwierig, den wahren Wert der Schwankungen in der Beschichtungsdicke zu messen, wenn der Schweißstab 3 ,'schräg auf der Transportanlage angeordnet ist; die Messung erqibt Werte a„ und b_M im Gegensatz zu den wahren Werten a. und b., wie dies in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das dieses Problem löst, wobei ein den Detektoren 9 und 10 ähnlicher Detektor 13 mit einer Lichtquelle 11 und einer photoempfindlichen Einrichtung 12 in einer Zwischenstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Detektor 9 bzw. 10 zum Messen des Einspannabschnittes 1 des Schweißstabes 3 vorgesehen ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Detektoren 9, 13 und 10 jeweils voneinander gleiche Abstände und zwar 1_AB und l_ßC.
30

Bei der vorstehend erläuterten Anordnung der Ausgangssignale der Detektoren 9, 11 und 13, die synchron, mit der Messung der Vorderseite B des Kerndrahts 1

Sl

durch den dritten Detektor 13 ausgelesen werden, hat das Ausgangssignal des ersten Detektors 9 eine Breite, die den Ort und die Breite A-A, des Flußmittels 2 anzeigt,

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] das Ausgangssignal des zweiten Detektors 10 eine Breite/ die den Ort der Seitenkante und die Breite des Kerndrahtes 1 anzeigt, und das Ausgangssignal des dritten Detektors eine Breite, die den Ort und die Breite B-B, des Kerndrahtes 1 in der Zwischenposition anzeigt, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist, wobei auf der X-Achse die Sensorlänge oder die Signalzeit und auf der Y-Achse die Signalgröße aufgetragen sind.

Bei diesem Beispiel ist, wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, die Schwankung der Flußmitteldicke (a-b) gegeben durch:

}a-b'j = j (A₃ ¹ -A_a) - <A_b-A_b')[ " -■■- ■ --■ ■

wobei A ' und A, ' die Orte der Seitenkanten des Kerndrahtes an der Stelle des ersten Detektors 9, d.. h. die gestrichelten Linien in Fig. 11 sind.

Da der Ort längs der X-Achse ist, gilt andererseits:

V ^{= 2B}a - ^Ca

V = ^2Bb - ^cb

Die Schwankung der Flußmitteldicke /a-bf wird ausgedrückt durch:

la-bl = |(2B_a-C_a-A_a) - (A_b2B_b+C_b)| (2)

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] Somit wird gemäß Gleichung (2) der Unterschied der Flußmitteldicken |a-b( aus den Ecken oder Abschneidepunkten A_a, A, , B , B, , C und Cj₃ der Ausgangssignale der entsprechenden Detektoren 9, 11 und 13 erhalten.

Bei dem vorstehenden auf einer Dreipunktmessung

beruhenden Ausführungsbeispiel ist es möglich/ den Unterschied der Flußmitteldicke mit einem geringen Fehler sogar dann zu messen, wenn sich der Schweißstab in einem IQ abgebogenen Zustand befindet.

Im folgenden soll auf Fig. 12 Bezug genommen werden. Dabei ist

^aM~^bM ⁼ 9^emessener Wert der Dickendifferenz

a,-b, = wahrer Wert der Dickendifferenz.

Wenn ein Unterschied χ zwischen der tatsächlichen Position A," des Kerndrahtes und der Position A . die

a. SL

bei einem geraden Kerndraht angenommen wird, besteht, gilt andererseits:

^aM ⁼	^aA	- χ
^bM =	^bA	4- X
-'· ^aM "	^bM
= (a_A-x	) -	(b_A+x)
= <^aA-b	a> ■	- 2x

Somit kann der Fehler des gemessenen Wertes der Differenz der Flußmitteldicke aufgrund einer Biegung des Schweißstabes kleiner als 2x gehalten werden. 35

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14 - ^DE °⁷⁹⁴

In einem Pall beispielsweise, in dem die Stablänge 400 mm und der·maximale Bogen hmax = 0_v5 mm, ist

„ 8.4 X 10 "^5mm

^£BC

so daß keine Probleme bei einer tatsächlichen Anwendung auftreten.

Obwohl bei dem Ausführungsbeispiel die drei Detektoren voneinander jeweils denselben Abstand hatten, I₇. _n = X-T_1nI .kann der Abstand zwischen den entsprechenden Detektoren willkürlich, wenn es gewünscht wird, variiert werden, und der mittlere Detektor 13 so eingerichtet werden, daß er den Flußmittelabschnitt des Schweißstabes mißt.

im Falle l,_n Φ 1„„ wird der Wert von A,' korri-

AxJ ' iJO a

giert durch:

^ÄAC.(Ca - Ba).

£BC
25

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel,

das mit zusätzlichen Detektoren 9¹ versehen ist, die in längs des Umfanges des Schweißstabes um 90° von den Detektoren 9 und 10 des ersten Ausführungsbeispiels oder von den Detektoren 9, 10 und 13 des zweiten Ausführungsbeispiels verdrehten Positionen angeordnet sind; jeder zusätzliche Detektor hat in ähnlicher Weise eine Lichtquelle 5¹ (II¹, 7') und eine photoempfindliche Einrichtung 9' (10¹, 13').

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INSPECTED

- 15 - DE O7943O4I943

Wenn bei dieser Anordnung die durch die Detektoren 9, 10 und 13, die längs der Richtung der y-Achse ausgerichtet sind (Detektor 13 fehlt bei dem ersten Ausführungsbeispiel ) gemessene Exzentrizität e ist, die durch die Detektoren 9', 10' und 13' (Detektor 13' fehlt bei dem ersten Ausführungsbeispiel) gemessene Exzentrizität e ist, die tatsächliche maximale Exzentrizität e ist, dann gilt:

V^by

^{e =} e,=

Da e = -—— , gilt andererseits

v-^b/

ia-bl =J|a_x-b_x| ² +(a^byj² ....(3)

Auf diese Weise wird der Unterschied in der Flußmittel- ^ίΌ dicke an zwei um 90 voneinander gedrehten Stellen gemessen und die gemessenen.Werte gemäß Gleichung (3) zusammengesetzt, um den korrekten Wert der Differenz der Flußmitteldicke oder der Exzentrizität zu erhalten; hierdurch ergibt sich keine Frage dadurch, in welcher Richtung

die Differenz in der Flußmitteldicke auftritt.

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-16-Viertes Ausführungsbeispiel

Fig. 14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Schweißstab wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel gedreht wird, während die Differenz a-b η-mal während einer halben Umdrehung des Schweißstabes gemessen wird, um den Maximalwert der Differenz zu erhalten. Der Schweißstab wird beispielsweise mittels eines Riemens 14 gedreht, der sich über die Transportanlage 4 in Kontakt mit jedem der Schweißstäbe 3 dreht. Die Mittelpunkte benachbarter Stäbe sind voneinander um

getrennt.

Erstes Beispiel eines Detektors 20

Fig. 15 zeigt ein Beispiel für die Detektoren 9, 10 und 13, bei dem die Lichtquelle 5 eine Halogenlampe 20 und einen vor der Lampe angeordneten Schlitz 21 aufweist, um durch eine Linse 22 einen parallelen Lichtstrahl in Richtung auf die photoempfindliche Einrichtung 6 zu projizieren.

Die photoempfindliche Einrichtung 6 weist eine Linse 23 und einen Zeilenbildsensor 24 auf, der das Licht durch die Linse 23 empfängt; die entsprechenden Lichtempfangsstellen des Zeilenbildsensors 24 erzeugen ein Signal "0", wenn das Licht von der Lichtquelle 5 abgeschnitten wird, und ein Signal "1", wenn darauf Licht einfällt.

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Somit werden die Signale S₁ oder S₂, die die Stelle und die Breite des Kerndrahtes 1 oder des Flußmitteis 2 anzeigen, durch Abtasten des Zeilenbildsensors 24 mittels bekannter Verfahren erhalten.

Zweites Beispiel eines Detektors

Fig. 16 zeigt ein einen Laser 30 als Lichtquelle verwendendes Beispiel; durch die Verwendung eines Drehspiegeis 32 wird ein Laserstrahl über den Schweißstab auf der Transportanlage abgelenkt, um durch eine Linse 33 einen parallelen Strahl zu projizieren, der durch eine Linse 34 ,von einem Photomultiplier 35 empfangen wird.

Drittes Beispiel eines Detektors

Fig. 17 zeigt ein Beispiel, bei dem vier unabhängige Laserstrahlen 41 bis 44 an Stellen projiziert werden, die mit der Axialrichtung eines normalen Schweißstabes ausgerichtet sind, wobei die entsprechenden Laserstrahlen von photoempfindlichen Elementen 45 bis 48 empfangen werden. Die Ausgangssignale der photoempfindlichen Elemente 45 bis 48 werden über Verstärker 50 bis 53 an Zähler 54 bis 57 gelegt.

Jeder Zähler wird mit einem Taktsignal 58 versorgt und ist so eingerichtet, daß er einer Steuerschaltung 59 einen Zählimpuls mit einer Periode zuführt, wenn

beispielsweise der Laserstrahl 41 durch einen Schweißstab abgeschnitten wird. Somit können die Werte a und b auf den Ausgangssignalen der Zähler 54 bzw. 57 berechnet werden, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist.

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Die Verwendung von Laserstrahlen hat die folgenden Vorteile:

(1) Höhere Lichtintensität pro Flächeneinheit. 5

(2) Hohe Gerichtetheit (kleinere Divergenzwinkel), die zur Bildung eines hochkollimierten Strahles geeignet ist.

(3) Hervorragende monochromatische Charakteristik (einheitliche Wellenlänge).

(4) Hervorragende Zeitkohärenz (längere Wellense'rien).

(5) Hervorragende räumliche Kohärenz (räumlich einheitliche Verteilung der Maximal- und Minimalwerte der Wellen).

Ferner ist es bei der Verwendung von Laserstrahlen zur Messung der Exzentrizität von Schweißstäben möglich, ein ein Modulationssystem verwendendes Verfahren zu gebrauchen. Bei einem derartigen Verfahren wird ein Laserstrahl, der kontinuierlich von einer Generatorröhre projiziert wird, in intermittierendes Laserlicht durch ein Modulationssystem bekannten Aufbaus moduliert. Bei diesem Beispiel kann der Detektor den Aufbau wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel haben.

Das zur Messung der Schweißstäbe angewandte Lasermodulationssystem hat ähnliche Funktionen wie die eines Stroboskops, wie im folgenden erklärt, werden soll.

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- 19 - DE 0794 3 Q 4 1 $ 4

Ein von schnellen Laserlicht-Blitzen beleuchtetes sich bewegendes Objekt führt zu einem momentan stillstehenden Bild, so daß die Abmessungen des Objekts mit hoher Genauigkeit gemessen werden können. Die Verwendung eines Lasers ist vorteilhafter als die eines Stroboskops, da das letztere eine begrenzte Lebensdauer hat (eine begrenzte Zahl von Blitzen).

Viertes Beispiel eines Detektors

Fig. 19 zeigt eine Anordnung des ersten bis dritten Detektors 9, 10 und 13, bei dem die Lichtstrahlen von den entsprechenden Lichtquellen 5, 7 und 11 von Spiegeln 61 und 62 hin ^;zu den Zeilenbildsensoren 6, 8 bzw. 12 reflektiert werden. Bei diesem Beispiel verwendet jede Lichtquelle ein Stroboskop oder eine Blitzeinrichtung. Fig. 23 zeigt eine Anordnung eines eine Blitzeinrichtung verwendenden Detektors, der in jeder der Meßstellen D, d- und dp verwendet wird, die in Fig. 19 gezeigt sind.

In Fig. 23 ist mit 91 eine Kamera, mit 92 eine Kondensorlinse, mit 93 ein auf der Brennebene der Kondensorlinse angeordneter Bildsensor, mit 94 ein Stroboskop, mit 95 ein photoelektrischer Triggerschalter für das Stroboskop 94, mit 96 ein Abtastschaltkreis für den Bildsensor 93, mit 97 eine Rechenschaltung und mit 3 ein transportierter Schweißstab bezeichnet.

Wenn nun der sich bewegende Schweißstab 3 einen Punkt zwischen der Kamera 91 und dem Stroboskop 94 erreicht, wird dies durch den photoelektrischen Schalter 95 erfaßt, um das Stroboskop für einige p.s zum Aufleuchten zu bringen. Wenn während der Leuchtdauer des Blitzes der Schweißstab 3 innerhalb des Gesichtsfeldes des Bildsensors 93 ist, wird zu dieser Zeit eine dem Produkt der Intensität des einfallenden Lichtes und der Einfalls-

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Zeitdauer angepaßte elektrische Ladung in jeder Photodiode des Bildsensors 93 angesammelt.

Nach dem Verlöschen des Stroboskops 94 wird der Schaltkreis 96 geöffnet, um die Photodiodenanordnung des Bildsensors 93 abzutasten, um durch analoge Schieberegister das elektrische Ladungssignal zu entnehmen.

Die Zahl der Hell-Dunkel-Signale des Bildsensors 93 werden gezählt und .durch die Rechenschaltung 97 arithmetisch verarbeitet, um den Durchmesser des Einspannabschnittes und des beschichteten Abschnittes des Schweißstabes 3 zu berechnen.
• r·

Fig. 24 zeigt eine Zeitablaufkarte der vorstehend beschriebenen Vorgänge, bei der die Zeile (a) das zu messende Objekt, (b) die Beleuchtung mittels des Stroboskops, (c) die Abtastzeit des' Bildsensors, (d) das analoge Bildsignal und (e) die Wellenform der entsprechenden Ausgangssignale nach der Umsetzung in Binärsignale zeigen.

Da das Stroboskop Blitze mit einer hohen Beleuchtungsstärke und kurzer Zeitdauer erzeugt, wird die Empfindlichkeitsgeschwindigkeit des Bildsensors um ein beträchtliches Ausmaß verbessert, wodurch Messungen mit hohen Geschwindigkeiten möglich werden.

Es ist vorteilhaft, wenn das Stroboskop 94 beispielsweise mit einem Bodenglas an seiner Vorderseite versehen ist, um eine dispergierende Lichtquelle zur gleichförmigen Beleuchtung des Meßbereichs der Kamera 91 zu erzeugen. Von der Vergrößerung des Kondensors herrührende Fehler können dadurch minimiert werden, daß ein ausreichender Abstand zwischen der Kamera und dem zu messenden Objekt vorgesehen wird.

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Auf diese Weise erlaubt die Verwendung der Blitzeinrichtung eine hochgenaue Messung der Abmessungen von sich bewegenden Objekten, ohne daß das sog. "Wölbungsphänomen" auftritt.

Schaltungsanordnung des Meßsystems

Fig. 20 zeigt ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung bei dem ein Paar von Detektoren entsprechend der Erfindung verwendenden Meßsystem, bei dem ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle 5 auf Zeilenbildsensoren 6 und 8 projiziert wird. Das Ausgangssignal (im folgenden als "Stellenausgangssignal" bezeichnet) jedes photoelektrischen Eleme'nts der Bildsensoren 6 und 8 wird in ein aus "0" oder "1" bestehendes Binärsignal durch Binärumsetzschaltungen 60 bzw. 61 umgesetzt, je nachdem, ob oder ob nicht projiziertes Licht auf das in Frage stehende photoelektrische Element eingefallen ist.

Die Signale der Zeilenbildsensoren 6 und 8 werden sequentiell mittels Bitstellenzähler 62 und 63 ausgelesen und einer Überlagerungsschaltung 64 zugeführt.

Die Funktion der Überlagerungsschaltung 64 wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 erklärt. Die photoempfindliche Einrichtung 6 hat eine Ausgangswellenform, wie sie in der Zeile (a) gezeigt ist, so daß der Beschichtungsdurchmesser D aus X₁-X₄, dem Abstand zwischen den beiden Abschneidepunkten der Ausgangswellenform gemessen werden kann, wobei der Abschneidepunkt (1) an der Bitstelle χ- und der Abschneidepunkt (4) an der Bitstelle x. liegt. Andererseits hat das entsprechende gleichzeitig auftretende Ausgangssignal der photoempfindlichen Einrichtung 8 eine Wellenform, wie sie in Zeile (b) gezeigt ist, aus der der Durchmesser d des Kerndrahts durch Berechnen von x_o-x_Q in derselben Weise bestimmt werden kann.

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] Die vorstehenden Vorgänge ergeben die Werte von D und d, nicht jedoch von a und b.

Deshalb werden die folgenden Vorgänge zur Bestimmung der Werte von a oder b durchgeführt. Zu diesem Zweck wird die Wellenform von Zeile (c) durch Abgleichen der entsprechenden Ausgangssignale der photoempfindlichen Einrichtungen 6 und 8 längs der entsprechenden X- und Y-Achsen erhalten.

Damit werden die Werte von a und b aus a = x- - x_? und b = x_ - X₄ erhalten. Die den Bitstellen (1) und (4) sowie den Bitstellen. (2) und (3) entsprechenden Signale aus·Fig. 5 werden in der vorstehend beschriebenen Weise entnommen und an die Rechenschaltung 65 angelegt, die die Operationen (1) - (2) und (3) - (4) für den Wert von /a-b| , d. h. den Unterschied in der Flußmitteldicke um den Kerndraht 1 durchführt.

Die Ausgangsdaten der Rechenschaltung 65 werden zu einer Anzeige- und einer Aufzeichnungseinrichtung geführt und gleichzeitig zur Erzeugung eines Alarmsignales, wenn das Ergebnis der Rechenvorgänge aus einem bestimmten Bereich herausfällt, oder als Steuersignal genutzt, um den Grad der Exzentrizität der Kerndrähte zu ändern.

Die vorstehenden Vorgänge werden für jeden der Schweißstäbe durchgeführt, die durch die Transportanlage 4 transportiert werden.

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Fig. 21 zeigt ein Blockschaltbild eines drei Detektoren verwendenden Meßsystems, bei dem die Ausgangssignale der Zeilenbildsensoren 6, 8 und 12 in Binärsignale durch Binärumsetzschaltungen 71, 72 und 73 umgesetzt und an Bitstellenzähler 74, 75 bzw. 76 angelegt werden. Der Bitstellenzähler 74 zählt die Bitstellen A und

A. aus Fig. 10, der Zähler 76 die Bitstellen B und

D Sl

B. aus Fig. 10, der Zähler 75 die Bitstellen C und

D 3.

C. aus Fig. 10. Die Ausgangssignale dieser Zähler 74

bis 76 werden an eine .Überlagerungsschaltung 78 angelegt, die auf dieselbe Weise wie die in Fig. 20 gezeigte arbeitet; die Ergebnisse werden einem Prozessor 77 zugeleitet, der die folgenden Rechenvorgänge durchführt: • r·
if

x_c =	<^Ca	- ^Ba>	(siehe	Fig.	)	22)
^XA -	k«X_c		(siehe	Fig.	22)
^bA =	{A_b	- <^Aa	+ a_M + d_M)}
^dA =	(^Bb	- ^Ba^}	or (C_b - C_a

ABC

Die Ergebnisse der vorstehenden Rechenvorgänge werden mit einer Operationsschaltung 79 durchgeführt, die den Vorgang a. - b. für die Differenz in der Flußmitteldicke durchführt. In dem Fall, in dem der untersuchte Schweißstab eine große Biegung hat, werden die Werte von a. und d. mittels einer Korrekturschaltung 80 gemäß a' = a.. cos θ und d.■ = d. cos θ korrigiert, wobei

θ-tan"¹ (X_c)

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Wie aus der vorstehenden bis ins einzelne gehenden Beschreibung ersichtlich ist, werden erfindungsgemäß die entgegengesetzten Seitenkanten des Flußmittel- und des Einspannabschnittes jedes Schweißstabes mittels eines optischen Detektors gemessen, um so automatisch die !Exzentrizität des Kerndrahtes oder Änderungen in der Kiußmitteldicke zu messen. Dieses Verfahren kann die Exzentrizität mit hohen Geschwindigkeiten untersuchen und ist deshalb bei einer "On-Line"-Untersuchung währund des Herstellungsvorgangs von Schweißstäben anwendbar, wobei es eine hochgenaue Messung der Exzentrizität, der Kerndrähte sicherstellt.

Zudem wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein zerstörungsfreier Hochgeschwindigkeitsmeßvorgang geschaffen, der für die Untersuchung aller Schweißstäbe geeignet ist, um eine hervorragende Qualitätskontrolle sicherzustellen.

Vorstehend ist ein Verfahren zur automatischen zerstörungsfreien Messung der Exzentrizität eines Kerndrahtes in einem Beschichtungsstoff beschrieben worden, der auf die Elektrode aufgetragen ist; die Messung wird mit mindestens zwei Sätzen von optischen Einrichtungen durchgeführt, von denen jede eine Lichtquelle und einen Zeilensensor aufweist. Einer der optischen Sensoren ist so angeordnet, daß er den Durchmesser des Beschichtungsabschnittes des Kerndrahtes mißt, während mindestens einer der verbleibenden Sensoren so angeordnet ist, daß er den Durchmesser des unbeschichteten Abschnittes mißt. Die Lagen und Durchmesser beider Abschnitte werden verglichen, um die Exzentrizität des Kerndrahtes zu finden. Wenn drei Sensoren zur Messung der Lage und Dicke des jeweiligen Drahtabschnittes verwendet werden, kann die Exzentrizität eines nicht ausgerichteten oder

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gekrümmten Stabes bestimmt werden. Vorstehend ist die Erfindung exemplarisch beschrieben worden, es versteht sich von selbst, daß die verschiedensten Modifikationen und Änderungen im Rahmen dieser Erfindung möglich sind.

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Claims

- Bf)HI ΙΜΩ - KiMMP :"::".". - Patentanwälte ^n?!

Grupe - Pellmann .,,;"" "SAS

304194g Dipl.-lng. R. Kinne

Dipl.-lng. R Grupe Dipl.-lng. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

6. November 1980

DE 0794 / case FP-4672 SM

Patentansprüche

IJ Verfahren zur automatischen, zerstörungsfreien Messung der Exzentrizität eines Kerndrahtes in einem Beschichtungsstoff einer beschichteten Elektrode unter Ver-Wendung einer optischen Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei gepaarte optische Detektoreinrichtungen vorgesehen werden, von denen jede eine Lichtquelle zur Projektion eines Lichtstrahles in Richtung auf eine beschichtete Elektrode auf einer Seite der be-

P„ schichteten Elektrode und einen Signalgenerator aufweist, der auf der anderen Seite der beschichteten Elektrode angeordnet ist, um Signale entsprechend der Intensität des einfallenden Lichtes zu erzeugen, daß mindestens eine der Detektoreinrichtungen so angeordnet ist, daß sie den

p,- Durchmesser und die Lage eines freiliegenden Abschnittes des Kerndrahtes mißt, und mindestens eine der verbleibenden Detektoreinrichtungen den Durchmesser und die Lage des Beschichtungsstoffes der beschichteten Elektrode mißt, und daß die Signale der Signalgeneratoren von einer Recheneinrichtung verarbeitet werden, um die Exzentrizität der beschichteten Elektrode zu bestimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichtete Elektrode gemessen wird, während sie von einer Transportanlage transportiert wird.

Mü/rs 130022/0742

Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070 Dresdner Bank (München) KIo. 3939 844 Postscheck (München) KIo. 670-43-804

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichtete Elektrode mehrmals gemessen wird, während sie um ihre Längsachse gedreht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Paare optischer Detektoreinrichtungen vorgesehen werden, voa denen zwei Paare den freiliegenden Abschnitt des Kerndrahtes messen.

5. Verfahren naqh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode von kollimierten Strahlen mit einer Breite bestrahlt wird, die mindestens gleich

der Breite der Elektrode ist.
• i-

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode von einer Vielzahl von aneinander grenzenden optischen Detektoreinrichtungen gemessen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich-

net, daß die aneinander angrenzenden optischen Detektoreinrichtungen durch einen 90°-Winkelafc Abschnittes der Elektrode herum haben.

einrichtungen durch einen 90°-Winkelabstand um den Umfang eines

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kollimierten Strahlen von einem Laser erzeugt werden.

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