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DE3411342A1 - Vorrichtung zum beruehrungslosen messen der temperatur an einer oberflaeche eines werkstuecks - Google Patents

Vorrichtung zum beruehrungslosen messen der temperatur an einer oberflaeche eines werkstuecks

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DE3411342A1
DE3411342A1 DE19843411342 DE3411342A DE3411342A1 DE 3411342 A1 DE3411342 A1 DE 3411342A1 DE 19843411342 DE19843411342 DE 19843411342 DE 3411342 A DE3411342 A DE 3411342A DE 3411342 A1 DE3411342 A1 DE 3411342A1
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Germany
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workpiece
temperature
measuring
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housing
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DE19843411342
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DE3411342C2 (de
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Gunther Dr.-Phys. ETH Stein am Rhein Wulff
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Rio Tinto Switzerland AG
Original Assignee
Alusuisse Holdings AG
Schweizerische Aluminium AG
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Publication of DE3411342A1 publication Critical patent/DE3411342A1/de
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    • G01B7/28—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
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Description

Vorrichtung zum berührungslosen Messen der Temperatur
an einer Oberfläche eines Werkstücks
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen Messen der Temperatur an einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere von Aluminiumbändern und -profilen, und/oder zum Bestimmen und/oder zum Messen der Form eines Werk-Stücks, insbesondere dessen Dimension oder Oberflächenform od.dgl., nach dem Schweizer Patentgesuch Nr. 07410/82-7 bzw. der deutschen Patentanmeldung P 32 47 697.3, mittels zumindest eines zum Werkstück hin gerichteten, in einem festliegenden Gehäuse angeordneten Messstiftes mit einer Axialbohrung, durch welche hindurch das Werkstück mit Druckgas beaufschlagbar ist, sowie ein Verfahren hierfür.
In dem Schweizer Patentgesuch Nr. 07410/82-7 bzw. der deutschen Patentanmeldung P 32 47 697.3 ist eine Vorrichtung der oben genannten Art aufgezeigt, welche sich die Wirkung des bekannten sogenannten hydrodynamischen Paradoxons zunutze macht, nach welchem ein aus einer Düse strömender Gasstrahl zwei in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnete Flächen nicht voneinander abstösst, sondern anzieht. Das bedeutet, dass der Messstift dieser Vorrichtung der Oberfläche des Werkstückes berührungslos folgt, wobei auch die kleinsten Unebenheiten erfasst werden.
Der Erfinder hat sich nun zum Ziel gesetzt, diese in der Hauptanmeldung beschriebene Vorrichtung auch zum Temperaturmessen von Oberflächen einzusetzen. Dabei soll selbstverständlich auch im Rahmen der Erfindung liegen, dass die Vorrichtung nur als Temperaturmessgerät und nicht mit den
zusätzlichen Ausrüstungen zum Bestimmen der Form eines Werkstückes, wie in den obengenannten Patentanmeldungen beschrieben, ausgestattet ist.
Zur Lösung der Aufgabe führt, dass der Messstift in dem Gehäuse in einer bestimmten Richtung bewegbar lagert und infolge eines durch das Druckgas erzeugten Strömungsunterdruckes zwischen Messstiftfuss und der Oberfläche des Werkstückes zu dieser einen stabilen Abstand einhält, wobei in der Bohrung und an dem Fuss des Messstiftes Thermoelemente angeordnet sind, welche ihre Messdaten an eine Aufnahmeeinheit abgeben. Hierfür ist es notwendig, dass für die gesamte Vorrichtung vor Inbetriebnahme eine Korrelationskurve erstellt wird, die in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur des Druckgases und der gemessenen Temperatur des Fusses die Ermittlung der Temperatur des Werkstückes erlaubt.
Eine verbesserte Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Axialbohrung über eine Querbohrung im Messstift mit einer Ringkammer im Gehäuse in Verbindung steht, in welche eine Zuleitung für das Druckgas einmündet und in welcher Heizelemente angeordnet sind, die über Leitungen mit einer der Aufnahmeeinheit zugeordneten Regeleinrichtung in Verbindung stehen. Mit den Heizelementen wird bevorzugt die Temperatur des Druckgases in der Ringkammer auf die Temperatur gebracht, welche am Fuss des Messstiftes herrscht. Da diese wiederum versucht ist, sich der Temperatur an der Oberfläche des Werkstückes anzugleichen, wird in kürzester Zeit erreicht, dass die Temperatur des Druckgases gleich der Temperatur am Fuss des Messstiftes gleich der Temperatur an der Oberfläche des Werkstückes ist.
Diese so beschriebene Vorrichtung kann entweder allein dem berührungslosen Messen der Temperatur an einer Oberfläche eines Werkstückes dienen oder mit den konstruktiven Merkmalen der Vorrichtung zum Bestimmen und/oder zum Messen der Form eines Werkstückes nach dem Schweizer Patentgesuch Nr. 07410/8 2 bzw. der deutschen Patentanmeldung P 32 47 697.3 gekoppelt sein. Dadurch wird erfindungsgemäss ein besonders einfach ausgestaltetes und zu handhabendes Messgerät hergestellt, welches mehrere Punktionen auf einmal erfüllen kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung R. Auf die auch zu der vorliegenden Erfindung gehörenden Ausführungsformen, niedergelegt in dem Schweizer Patentgesuch Nr. 07410/82 bzw. der deutschen Patentanmeldung P 32 47 697.3, wird Bezug genommen.
Eine Vorrichtung R zum berührungslosen Messen der Temperatur an einer Oberfläche 1 eines Werkstücks 2, beispielsweise eines Aluminiumbandes oder -profils, weist ein zylindrisches Gehäuse 3 auf, welches von einem in Richtung χ bewegbaren Stift 4 durchsetzt ist.
Durch eine Zuleitung 5 wird Pressluft od.dgl. in eine Ringkammer 6 des Gehäuses 3 eingeleitet, welche mit einer axialen Bohrung 7 in dem Messstift 4 durch Querbohrungen 8 in Verbindung steht. Durch diese Axialbohrung 7 gelangt die Luft an einem scheibenförmig verdickten Fussteil 9 des Messstiftes 4 nach aussen, wobei sie in der gezeigten Ge-
brauchslage die Oberfläche 1 des Werkstückes 2 anströmt. Dabei befindet sich der Puss 9 in einem Abstand s von der Oberfläche 1, in welchem es zu dem sogenannten hydrodynamischen Paradoxon kommt, d.h. der Fuss 9 wird infolge eines durch die strömende Luft erzeugten Unterdruckes zu der Oberfläche 1 hingezogen. Dies begünstigt auch das Verhältnis des Durchmessers Di der Axialbohrung 7 zu dem Durchmesser D2 des Fusses 9.
Der Luftweg ist in der Figur mit Pfeilen gekennzeichnet.
Da das Gehäuse 3 im Verhältnis zum Werkstück 2 feststeht, reagiert der Messstift 4 auf jede Unebenheit der Oberfläche 1 , indem er sich in dem Gehäuse 3 in Richtung χ nahezu kräftefrei bewegt. Um seinen Bewegungsspielraum nicht zu begrenzen, kann der Fuss 9 dabei auch in ein dem Gehäuse 3 eingeformtes Sackloch 10 gleiten.
Die Ringkammer 6 ist nach oben hin durch einen Deckel 11 geschlossen. Sie dient der Aufnahme von — schematisch dargestellten — Heizelementen 12, welche an eine Regeleinrichtung 15 über Leitungen 14 angeschlossen sind. Dieser Regeleinrichtung 15 ist eine Aufnahmeeinheit 19 zugeordnet, welche über Leitungen 16 Messwerte von in der Bohrung 7 und in dem Fussteil 9 gegenüber der Oberfläche 1 angeordneten Thermoelementen 17 und 18 aufnimmt.
Für die Funktionsweise dieser Vorrichtung R sind messtechnisch zwei Betriebsfälle zu unterscheiden. Dabei gilt folgendes:
T-] = Temperatur des Thermoelementes 18 im Fussteil 9
T2 = Temperatur des Thermoelementes 17 in der Bohrung 7
Tx = Temperatur des Werkstückes 2 bzw. Substrats am
Messort.
5
1. Die zugeführte Luft wird nicht vorgeheizt oder aber auf eine Temperatur gebracht, welche deutlich unter der zu messenden Substrattemperatur liegt. Die Temperatur T-j wird dann einen Zwischenwert von Tx und der Zulufttemperatur T2 ergeben.
Die Zuordnung der zu messenden Temperatur Tx aus den beiden Messungen T-| und T2 kann experimentell bestimmt werden, womit die Kalibrierung der Messeinrichtung erfolgt. Es hat sich beispielsweise ergeben, dass für Tx = 4000C und T2 = 200eC die Temperaturmessung im Messschuh T-j = 343°C ergibt. Durch Variation von Tx und Ermittlung der Temperaturanzeige T-] kann so die Zuordnung von Ti und Tx für jede Temperatur ermittelt werden, vorzugsweise im Gebiet 500eC Tx 1000C.
Für andere Temperaturwerte ist es vorteilhaft, die Temperatur T2 der Zuluft entsprechend zu erhöhen oder zu erniedrigen.
25
2. Wird durch vorzugsweise elektronisch geregelte Heizelemente 12 die Temperatur T2 der Zuluft so eingestellt, dass T2 = T-] wird, so findet für diesen Fall keine Wärmeübertragung vom Messobjekt 1 , 2 zum Messschuh 9 oder umgekehrt statt. In diesem Fall gilt entsprechend dem Wärmeleitgesetz, dass die Messobjekttemperatur Tx gleich der Messlufttemperaturen Τ·| sowie T2 ist. Die Regelung sorgt dafür, dass T2 um den Wert von T-|
schwingt, d.h. kurzzeitig über und anschliessend unter T-] liegt. Aus diesem Grund wird die Reproduzierbarkeit der Messeinrichtung erhöht, wenn der arithmetische Mittelwert
+ T2
der Messobjekttemperatur gleichgesetzt wird. Für den oben beschriebenen Gleichgewichtszustand, bei welchem keine Wärmeübertragung vom Messobjekt auf den Messschuh stattfindet, ergeben sich zwei wesentliche Vorteile:
a) Sowohl der Abstand zwischen Messschuh und Objektoberfläche muss nur genügend klein, nicht aber konstant sein (eine Schwankung von 0,02 auf 0,06 mm bleibt ohne Einfluss auf die Messung), ebenso wie auch die Wärmeleitfähigkeit des Messobjektes.
Weil keine Wärmeübertragung stattfindet, bleibt die Wärmeleitfähigkeit der Messluft ebenfalls ohne Einfluss auf das Messresultat.
b) Da keine Wärme vom Messobjekt auf den Messschuh übertragen wird, findet keine thermische Beeinflussung des Messobjektes statt, was für die exakte Temperaturmessung von ausschlaggebender Bedeutung ist.

Claims (4)

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum berührungslosen Messen der Temperaturen an einer Oberfläche eines Werkstückes, insbesondere von Aluminiumbändern und -profilen und/oder zum Bestimmen und/oder zum Messen der Form eines Werkstückes, insbesondere dessen Dimension oder Oberflächenform od.dgl.
nach dem Schweizer Patentgesuch Nr. 07410/82 bzw. der deutschen Patentanmeldung P 32 47 697.3, mittels zumindest eines zum Werkstück hin gerichteten, in einem festliegenden Gehäuse angeordneten Messstiftes mit einer Axialbohrung, durch welche hindurch das Werkstück mit Druckgas beaufschlagbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messstift (4) in dem Gehäuse (3) in Richtung (x) bewegbar lagert und infolge eines durch das Druckgas erzeugten Strömungsunterdruckes zwischen einem Messstiftfuss (9) und der Oberfläche (1) des Werkstückes (2) zu dieser (1) einen stabilen Abstand (s) einhält, wobei in der Bohrung (7) und an dem Fuss (9) des Messstiftes (4) Thermoelemente (17,18) angeordnet sind, welche ihre Messdaten an eine Aufnahmeeinheit (15) abgeben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbohrung (7) über eine Querbohrung (8) im Messstift (4) mit einer Ringkammer (6) im Gehäuse (3) in Verbindung steht, in welche eine Zuleitung (5) für das Druckgas einmündet und in welcher Heizelemente (12)
angeordnet sind, die über Leitungen (14) mit einer der Aufnahmeeinheit (15) zugeordneten Regeleinrichtung (19) in Verbindung stehen.
3. Verfahren zum berührungslosen Messen der Temperatur an einer Oberfläche eines Werkstückes, insbesondere von Aluminiumbändern und -profilen und/oder zum Bestimmen und/oder zum Messen der Form eines Werkstückes, insbesondere dessen Dimension oder Oberflächenform od.dgl. nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Messstift und der Oberfläche des Werkstückes durch das Druckgas ein Unterdruck erzeugt und so der Messstift in einem bestimmten Abstand von der Oberfläche gehalten wird, wobei der Messstift in dem Gehäuse bewegbar lagert, und dass die Temperatur in der Axialbohrung und am Messfuss ermittelt wird und daraus die Temperatur der Oberfläche abgeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgas auf die Temperatur des Messschuhes gebracht wird, wobei diese der Temperatur an der Oberfläche des Werkstückes entspricht.
DE3411342A 1984-03-26 1984-03-28 Vorrichtung und Verfahren zum berührungsfreien Messen an einem Werkstück Expired DE3411342C2 (de)

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Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3411342A1 true DE3411342A1 (de) 1985-09-26
DE3411342C2 DE3411342C2 (de) 1986-01-23

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JP (1) JPS60218044A (de)
CH (1) CH666128A5 (de)
DE (1) DE3411342C2 (de)
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