Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Querschnittsfläche von Rund- oder Ovalprofilstäben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Querschnittsfläche von Rund- oder Ovalprofilstäben vermittels einer Messvorrichtung, welche in zwei senkrecht zueinander stehenden Koordinaten die Durchmesser des Profilquerschnitts einzeln misst.
Unter Profilstäben sind hierbei und nachfolgend nicht nur Stäbe im gewöhnlichen Sinne, sondern auch Drähte zu verstehen.
Es sind Messvorrichtungen bekannt, mit denen die Durchmesser eines Rund- oder Ovalprofilstabes, beispielsweise eines runden oder ovalen Walzdrahtes, in zwei senkrecht zueinander stehenden und in einer Ebene liegenden Koordinatenrichtungen fortlaufend abgetastet und die beiden gemessenen Durchmesserwerte auf elektrischem Wege gesondert angezeigt oder aufgezeichnet werden können. Bei der Herstellung von Walzdraht kommt es aber häufig nur darauf an, dass die Querschnittsfläche innerhalb gewisser Toleranzen bleibt, wobei es auf die Abweichungen im Durchmesser weniger ankommt und eine leicht elliptische Querschnittsform anstelle der kreisrunden durchaus zulässig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unmittelbar die Querschnittsfläche eines Rund- oder Ovaiprofilstabes, der sich fortlaufend relativ zu einer Messstelle in seiner Längsrichtung bewegt, zu ermitteln und in einem gewöhnlichen Messgerät anzuzeigen oder in einem schreibenden Messgerät auf einem Kontrollstreifen, dessen Vorschubgeschwindigkeit in einem bestimmten Verhältnis zur Geschwindigkeit des sich bewegenden Profilstabes steht, fortlaufend aufzuzeichnen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die mit der Messvorrichtung aufgenommenen Messwerte summiert werden und diese Summe in einem Messgerät als Querschnittsflächenmass angezeigt oder registriert wird.
Aus der Grösse der Summe der beiden Messwerte, welche der Summe der Abweichungen der beiden einzeln gemessenen, senkrecht zueinander stehenden Durchmesser vom Solldurchmesser proportional ist, ist unmittelbar die Grösse der Querschnittsfläche des Profilstabes an dem Messgerät mit einer für die Praxis hinreichenden Genauigkeit abzulesen.
Das Messgerät kann derart geeicht sein, dass es den Absolutwert der Querschnittsfläche oder die Abweichung der Querschnittsfläche vom Sollquerschnitt anzeigt oder aufzeichnet. Die Eichung der Messvorrichtung erfolgt vorzugsweise mit einem in Stufen abgedrehten Eichstab. Die Registrierung der Summe der den Durchmesseränderungen entsprechenden Messwerte kann auch zur automatischen Nachstellung der Walzen zum Zwecke der Regelung des gewalzten Querschnittes benutzt werden. Hierzu finden vorzugsweise Messvorrichtungen Anwendung, bei denen die Summenbildung auf elektrischem Wege erfolgt, sowie Anzeige- oder Registriergeräte, die mit Schaltkontakten versehen sind.
Zur Durchführung des Verfahrens besteht gemäss der Erfindung eine vorteilhafte Vorrichtung, bei der in einem Gehäuse zwei im rechten Winkel zueinander stehende Tasterpaare angeordnet sind, deren mit Rollen an dem Profilstab anliegende Taster in dem Gehäuse senkrecht zur Längsrichtung des Profilstabes verschiebbar gelagert sind und von denen der eine Taster in seiner Lage feststellbar ist und der andere Taster mit einer induktiven Messeinrichtung verbunden ist und von einer Feder gegen die Oberfläche des Profilstabes gedrückt ist, und bei der das Gehäuse an mehreren Federn in einem Rahmengestell aufgehängt ist, wobei die Kraft der auf die Taster einwirkenden Federn grösser ist als die bei Querbewegungen des Profilstabes im Betrieb auftretenden Massenkräfte des Messgerätes und Reaktionskräfte der das Gehäuse in dem Rahmengestell haltenden Federn, darin,
dass die induktiven Messeinrichtungen über mindestens eine Brückenschaltung, in deren Brückeneingang sie liegen, derart miteinander verbunden sind, dass die in den Messeinrichtungen durch die Verlagerung der Taster hervorgerufenen, den Durchmesseränderungen des Profilstabes entsprechenden Veränderungen der Stromstärke summiert werden und diese Summe in einem Anzeige- oder Registriergerät, das an den Brückenausgang der Brückenschaltung(en) angeschlossen ist, als Querschnittsflächenmass gemessen wird.
Es wurde gefunden, dass bei den beim Walzen von runden Profilstäben mit einem Solldurchmesser von etwa 5 bis 26 mm in der Praxis auftretenden Durchmesserabweichungen die Messung der Querschnittsfläche durch die Summenbildung der Durchmesserabweichungen im ungünstigsten Fall einen Fehler von etwa nur 0,02 bis 0,5 % der tatsächlichen Querschnittsfläche des Profilstabes aufweist. Die Erfindung ermöglicht daher in einfacher Weise eine rasche und unmittelbare Ermittlung der Querschnittsfläche von Rundprofilstäben, ohne dass ein nennenswerter Fehler in dem ermittelten Querschnittsbetrag verursacht wird.
Selbstverständlich ist das erfindungsgemässe Verfahren mit für die Praxis ausreichender Genauigkeit auch bei vom Kreisquerschnitt abweichenden ovalen Profilquerschnitten anwendbar, wobei jedoch die Abweichung des gemessenen Wertes der Querschnittsfläche vom wahren Wert um so grösser ist, je stärker der Ovalquerschnitt vom Kreisquerschnitt abweicht. Es hat sich gezeigt, dass sich ein Walzdraht beim Aufhaspeln in bestimmten Haspelvorrichtungen je Umgang um 3600 verdrallt, so dass bei einem Walzdraht, der einen elliptischen Querschnitt besitzt, viermal je Umgang die Ellipsenachsen mit den Tastkoordinaten zusammenfallen müssen und der Drahtquerschnitt wenigstens viermal je Umgang richtig gemessen wird.
Dies ist für die Erfordernisse der Praxis ausreichend, zumal die Abweichungen des Querschnittes zwischen den richtig erfassten Messpunkten prozentual viel kleiner sind als die Durchmesserabweichungen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung gemäss der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung ausschliesslich zur Messung der Querschnittsfläche in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine Vorrichtung zur Messung der Querschnittsfläche und der Durchmesser in schematischer Darstellung.
Die Vorrichtung besitzt einen vertikalen induktiven Geber 1 und einen horizontalen induktiven Geber 2, deren verschiebbare Kerne 9 und 10 mit den (nicht dargestellten) beweglichen Tastern je eines vertikalen und eines horizontalen Tasterpaares verbunden sind. Die Geber 1 und 2 besitzen zwei in axialer Richtung des Gebers hintereinanderliegende Spulen 3 und 5 bzw. 4 und 6.
Bei der Vorrichtung der Fig. 1 sind die Spule 3 des Gebers 1 und die Spule 4 des Gebers 2 hintereinander in den einen Brückenzweig einer Brückenschaltung 7 angeschlossen, und die Spule 5 des Gebers 1 und die Spule 6 des Gebers 2 sind hintereinander in den anderen Brückenzweig der Brückenschaltung 7 angeschlossen. Der Ausgang der Brückenschaltung 7 ist mit einem Registriergerät 8 verbunden, in welchem die Summe der durch die Verschiebung der Kerne 9 und 10 in den Gebern 1 und 2 hervorgerufenen Stromstärkenveränderungen angezeigt wird. Diese Vorrichtung, bei der die Summenbildung im Eingang der Brückenschaltung 7 erfolgt, ist nur zur Ermittlung der Querschnittsfläche geeignet.
Bei der Vorrichtung der Fig. 2, die zur Ermitt- lung der Querschnittsfläche und der beiden Durchmesserwerte geeignet ist, erfolgt die Summenbildung im Ausgang der Brückenschaltungen. Die Geber 1 und 2 sind in üblicher Weise mit Brückenschaltungen 11 und 12 verbunden. An den Ausgang der Brückenschaltungen 11 und 12 sind Anzeigegeräte 13 und 14 oder Kanäle eines gemeinsamen Registriergerätes angeschlossen, welche den vertikalen bzw. den horizontalen Durchmesser anzeigen. Die Ausgänge der Brückenschaltungen 11 und 12 sind mit den Primärspulen 15 und 16 eines mit zwei getrennten Eisenkernen bestückten Ubertragers 17 verbunden, dessen Sekundärspulen 18 und 19 hintereinander an ein Anzeigegerät 20 oder einen Kanal eines gemeinsamen Registriergerätes angeschlossen sind.
Das Ubertragungsverhältnis der Spulen 16 und 19 bzw. 15 und 18 beträgt beispielsweise 1:1. Das Messgerät 20 zeigt eine Summe der Stromstärkeveränderungen an, die bei geeigneter Phasenlage der beiden Teilströme zueinander dem Querschnitt des Profilstabes eindeutig zugeordnet werden können.
Anstelle der mit Tastern verbundenen Induktivgeber können auch solche induktive Aufnehmer an sich bekannter Art verwendet werden, die berührungslos die Durchmesserabweichungen in den beiden senkrecht zueinanderstehenden Koordinatenrichtungen erfassen, wobei die Durchmesserschwankungen eine Anderung des Wechselstromwiderstandes der induktiven Aufnehmer verursachen und die Aufnehmer derart miteinander verbunden sind, dass die in ihnen hervorgerufenen Stromstärkeänderungen summiert werden. Aus der in einem Messgerät angezeigten oder registrierten Summe kann nach einer entsprechenden Eichung unmittelbar die Querschnittsfläche des Profilstabes ermittelt werden.
Selbstverständlich setzt diese Methode der Ermittlung der Querschnittsfläche mittels berührungslos messender induktiver Aufnehmer voraus, dass der Profilstab aus einem ferromagnetischen Material besteht.
Method and device for measuring the cross-sectional area of round or oval profile bars
The invention relates to a method for measuring the cross-sectional area of round or oval profile bars by means of a measuring device which individually measures the diameter of the profile cross-section in two mutually perpendicular coordinates.
Profile bars are to be understood here and below not only as bars in the usual sense, but also wires.
Measuring devices are known with which the diameter of a round or oval profile rod, for example a round or oval wire rod, can be continuously scanned in two coordinate directions perpendicular to one another and lying in one plane and the two measured diameter values can be electrically displayed or recorded separately. In the manufacture of wire rod, however, it is often only important that the cross-sectional area remains within certain tolerances, whereby the deviations in diameter are less important and a slightly elliptical cross-sectional shape instead of the circular one is entirely permissible.
The invention is therefore based on the object of directly determining the cross-sectional area of a round or oval profile rod, which moves continuously relative to a measuring point in its longitudinal direction, and to display it in a conventional measuring device or in a writing measuring device on a control strip whose feed speed is in a certain relationship to the speed of the moving profile rod is to record continuously.
The invention solves this problem in that the measured values recorded with the measuring device are totaled and this total is displayed or registered in a measuring device as a cross-sectional area measure.
From the size of the sum of the two measured values, which is proportional to the sum of the deviations of the two individually measured, perpendicular diameters from the target diameter, the size of the cross-sectional area of the profile bar on the measuring device can be read off with an accuracy that is sufficient for practical use.
The measuring device can be calibrated in such a way that it displays or records the absolute value of the cross-sectional area or the deviation of the cross-sectional area from the nominal cross-section. The calibration of the measuring device is preferably carried out with a calibration rod that is turned off in stages. The registration of the sum of the measured values corresponding to the changes in diameter can also be used for automatic readjustment of the rolls for the purpose of regulating the rolled cross-section. For this purpose, measuring devices are preferably used in which the sum is generated electrically, as well as display or recording devices that are provided with switching contacts.
According to the invention, there is an advantageous device for carrying out the method, in which two pairs of buttons standing at right angles to one another are arranged in a housing, the buttons of which are mounted on the profile bar with rollers so as to be displaceable in the housing perpendicular to the longitudinal direction of the profile bar and of which the a button can be locked in its position and the other button is connected to an inductive measuring device and is pressed by a spring against the surface of the profile rod, and in which the housing is suspended from several springs in a frame, the force of the button acting springs is greater than the inertia forces of the measuring device and reaction forces of the springs holding the housing in the frame, which occur during transverse movements of the profile bar during operation,
that the inductive measuring devices are connected to one another via at least one bridge circuit, in whose bridge input they are located, in such a way that the changes in the current intensity caused in the measuring devices by the displacement of the buttons and corresponding to the changes in the diameter of the profile rod are summed up and this sum is displayed in a display or Recording device connected to the bridge output of the bridge circuit (s) is measured as a cross-sectional area.
It was found that in the case of the diameter deviations that occur in practice when rolling round profile bars with a nominal diameter of about 5 to 26 mm, the measurement of the cross-sectional area due to the summation of the diameter deviations in the worst case only yields an error of about 0.02 to 0.5 % of the actual cross-sectional area of the profile bar. The invention therefore enables the cross-sectional area of round profile bars to be determined quickly and directly in a simple manner without causing a significant error in the determined cross-sectional amount.
Of course, the method according to the invention can also be used with sufficient accuracy in practice for oval profile cross-sections that deviate from the circular cross-section, but the deviation of the measured value of the cross-sectional area from the true value is greater the more the oval cross-section deviates from the circular cross-section. It has been shown that a wire rod is twisted by 3600 per handling when reeling in certain reel devices, so that with a wire rod that has an elliptical cross-section, the elliptical axes must coincide four times per handling with the probe coordinates and the wire cross-section at least four times per handling correctly is measured.
This is sufficient for the requirements in practice, especially since the deviations in the cross-section between the correctly recorded measuring points are much smaller in percentage than the diameter deviations.
In the drawing, two exemplary embodiments of a device according to the invention are shown, specifically FIG. 1 shows a device exclusively for measuring the cross-sectional area in a schematic representation.
2 shows a device for measuring the cross-sectional area and the diameter in a schematic representation.
The device has a vertical inductive transmitter 1 and a horizontal inductive transmitter 2, the displaceable cores 9 and 10 of which are connected to the movable buttons (not shown) of a vertical and a horizontal button pair. The transmitters 1 and 2 have two coils 3 and 5 or 4 and 6, one behind the other, in the axial direction of the transmitter.
In the device of Fig. 1, the coil 3 of the encoder 1 and the coil 4 of the encoder 2 are connected in series in one bridge branch of a bridge circuit 7, and the coil 5 of the encoder 1 and the coil 6 of the encoder 2 are in series in the other Bridge arm of the bridge circuit 7 connected. The output of the bridge circuit 7 is connected to a recording device 8 in which the sum of the changes in the current strength caused by the displacement of the cores 9 and 10 in the sensors 1 and 2 is displayed. This device, in which the summation takes place at the input of the bridge circuit 7, is only suitable for determining the cross-sectional area.
In the device of FIG. 2, which is suitable for determining the cross-sectional area and the two diameter values, the sum is formed at the output of the bridge circuits. The transmitters 1 and 2 are connected to bridge circuits 11 and 12 in the usual way. At the output of the bridge circuits 11 and 12 display devices 13 and 14 or channels of a common recording device are connected, which display the vertical or horizontal diameter. The outputs of the bridge circuits 11 and 12 are connected to the primary coils 15 and 16 of a transformer 17 equipped with two separate iron cores, the secondary coils 18 and 19 of which are connected in series to a display device 20 or a channel of a common recording device.
The transmission ratio of the coils 16 and 19 or 15 and 18 is, for example, 1: 1. The measuring device 20 displays a sum of the changes in the current intensity which, given a suitable phase position of the two partial currents, can be clearly assigned to the cross section of the profile rod.
Instead of the inductive transducers connected to probes, inductive transducers of a known type can also be used which contactlessly detect the diameter deviations in the two mutually perpendicular coordinate directions, the diameter fluctuations causing a change in the alternating current resistance of the inductive transducers and the transducers being connected to one another in such a way that the changes in current intensity caused in them are summed up. From the sum displayed or recorded in a measuring device, the cross-sectional area of the profile bar can be determined directly after a corresponding calibration.
Of course, this method of determining the cross-sectional area using non-contact inductive sensors requires that the profile rod is made of a ferromagnetic material.