СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЦЕНТРИЧНОСТИ ТОКОПРОВОДЯЩЕЙ ЖИЛЫ В ИЗОЛЯЦИОННОЙ ОБОЛОЧКЕ Российский патент 2016 года по МПК G01B11/24 G01B7/28 

Настоящее изобретение относится к способу для измерения центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке, согласно которому кабель, образованный токопроводящей жилой с ее изоляционной оболочкой, перемещают в направлении подачи. Кроме того, настоящее изобретение относится к соответствующему устройству.

Известны способы измерений, в которых положение токопроводящей жилы измеряют в общей плоскости измерения индуктивным измерительным устройством и положение изоляционной оболочки, окружающей токопроводящую жилу, измеряют оптическим измерительным устройством. На основе указанных двух измерений определяют центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке. Проблематично в таком варианте то, что измерительные устройства, вследствие их расположения в одной плоскости измерения, могут взаимно закрывать друг друга. Проблема еще более усугубляется, когда, как это зачастую бывает, требуется применять два оптических измерительных устройства.

Из документа DE 2517709 С3 известен так называемый измеритель эксцентричности WANDEXE, содержащий два оптических прибора контроля диаметра, расположенные в измерительной головке со смещением на 90° относительно друг друга, и индуктивный измерительный контур, расположенный в той же плоскости измерения, что и указанные оптические приборы контроля диаметра. Из документа ЕР 1495284 B1 известны бесконтактные система и способ измерения центричности и диаметра кабеля. При этом положение кабеля измеряют оптическим измерительным устройством в некоторой плоскости оптического измерения. В первой плоскости индуктивного измерения, которая лежит в направлении подачи кабеля перед оптической плоскостью измерения, положение кабеля измеряют индуктивным измерительным устройством. Во второй плоскости индуктивного измерения, которая лежит в направлении подачи кабеля за оптической плоскостью измерения, положение токопроводящей жилы также измеряют вторым индуктивным измерительным устройством. Указанные индуктивно измеренные положения токопроводящей жилы соотносят друг с другом таким образом, чтобы получить положение токопроводящей жилы в плоскости оптического измерения. Из указанного определенного положения токопроводящей жилы и измеренного положения кабеля в плоскости оптического измерения, помимо прочего, определяют центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке.

В случае известных систем и способов при изгибе кабеля, зачастую вызванном провисанием токопроводящей жилы, возникают ошибки измерения. Например, при таком изгибе положение токопроводящей жилы в плоскости оптического измерения, выведенное из индуктивных измерений, не совпадает с действительным положением токопроводящей жилы в плоскости оптического измерения. Если кабель имеет максимальный изгиб в области плоскости оптического измерения, то индуктивные измерительные устройства измеряют одинаковые положения токопроводящей жилы. Но вследствие изгиба кабеля они не соответствуют положению токопроводящей жилы в плоскости оптического измерения. Такого рода ошибки возникают также, когда изгиб кабеля достигает своего максимума не в области плоскости оптического измерения, а со сдвигом от нее в направлении подачи. В этом случае индуктивные измерительные устройства определяют различные положения токопроводящей жилы. Однако вследствие (несимметричного) изгиба полученное положение токопроводящей жилы в плоскости оптического измерения также и в этом случае не совпадает с действительным положением токопроводящей жилы. Из-за ошибочно определенного положения токопроводящей жилы в плоскости оптического измерения ошибочна также и определенная центричность.

Ошибка измерения зависит от радиуса изгиба кабеля. Например, при расстоянии в 2 м между поддерживающими кабель опорными роликами на практике может возникнуть радиус изгиба, равный, например, 10 м. Это дает ошибку измерения порядка 20 мкм. Сгладить изгиб кабеля применением большего числа опорных роликов практически невозможно. Скорее кабель в конечном счете приобретет волнообразную форму, и в связи с этим возникнет неопределенная ситуация измерения, которая ведет к не поддающейся расчету ошибке. Изгиб кабеля также не может быть устранен произвольным увеличением воздействующей на кабель растягивающей силы. Поскольку еще до полного устранения изгиба растяжением кабель и, в частности, его токопроводящая жила уже достигают предела текучести.

Исходя из описанного уровня техники, задачей настоящего изобретения является предложить способ и устройство изначально указанного типа, с помощью которых можно надежно определить центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке даже в случае изгиба кабеля.

Указанная задача решена в изобретении посредством объектов настоящего изобретения в соответствии с независимыми пп. 1 и 12 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах, в описании и на чертежах.

Задача настоящего изобретения решена, во-первых, за счет способа для измерения центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке, в котором кабель, образованный токопроводящей жилой с ее изоляционной оболочкой, перемещают в направлении подачи, причем указанный способ содержит следующие этапы:

- в плоскости индуктивного измерения положение токопроводящей жилы определяют посредством индуктивного измерительного устройства;

- в первой плоскости оптического измерения, лежащей в направлении подачи кабеля перед плоскостью индуктивного измерения, положение кабеля определяют посредством по меньшей мере одного первого оптического измерительного устройства;

- во второй плоскости оптического измерения, лежащей в направлении подачи кабеля за плоскостью индуктивного измерения, положение кабеля определяют посредством по меньшей мере одного второго оптического измерительного устройства;

- указанные положения кабеля, определенные в первой и второй плоскостях оптического измерения, соотносят друг с другом так, что получают положение кабеля в плоскости индуктивного измерения; и

- определяют центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке из указанного полученного положения кабеля в плоскости индуктивного измерения и из положения токопроводящей жилы, определенного в плоскости индуктивного измерения;

- причем в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения проводят оптическое измерение с таким пространственным разрешением, что идентифицируют наклонное положение и/или изгиб кабеля относительно направления подачи, в частности, в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения, при этом такое наклонное положение и/или изгиб учитывают при определении центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке.

Во-вторых, задача настоящего изобретения решена за счет устройства для измерения центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке, в котором кабель, образованный токопроводящей жилой с ее изоляционной оболочкой, выполнен с возможностью перемещения в направлении подачи, содержащее:

- индуктивное измерительное устройство, расположенное в плоскости индуктивного измерения, для определения положения токопроводящей жилы в плоскости индуктивного измерения;

- по меньшей мере одно первое оптическое измерительное устройство, расположенное в первой плоскости оптического измерения, лежащей в направлении подачи кабеля перед плоскостью индуктивного измерения, для определения положения кабеля в первой плоскости оптического измерения;

- по меньшей мере одно второе оптическое измерительное устройство, расположенное во второй плоскости оптического измерения, лежащей в направлении подачи кабеля за плоскостью индуктивного измерения, для определения положения кабеля во второй плоскости оптического измерения;

- вычислительное устройство, выполненное с возможностью соотнесения положений кабеля, определенных в первой и второй плоскостях оптического измерения, таким образом, чтобы получить положение кабеля в плоскости индуктивного измерения, и исходя из указанного полученного положения кабеля и положения токопроводящей жилы, определенного в плоскости индуктивного измерения, определить центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке;

причем указанное по меньшей мере одно первое оптическое измерительное устройство и/или указанное по меньшей мере одно второе оптическое измерительное устройство выполнены с возможностью проведения оптического измерения с таким пространственным разрешением в первой плоскости оптического измерения и/или во второй оптической плоскости, что обеспечена возможность идентификации наклонного положения и/или изгиба кабеля относительно направления подачи, в частности, в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения, и при этом указанное вычислительное устройство дополнительно выполнено с возможностью учитывать такое наклонное положение и/или изгиб при определении центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке.

Электрическая токопроводящая жила известным образом окружена изоляционной оболочкой, нанесенной, например, методом экструзии. Токопроводящая жила с ее изоляционной оболочкой образует кабель, который перемещают в направлении подачи. Подачу кабеля при этом осуществляют по существу вдоль прямолинейного направления подачи. Однако, как объяснено в начале, на практике неизбежно возникают отклонения движения кабеля от прямолинейного направления подачи, в частности изгиб кабеля. Это может быть как провисание кабеля, так и выгиб кабеля вверх.

Для того чтобы можно было тем не менее надежно определить центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке, согласно настоящему изобретению, во-первых, проводят инверсию описанного выше принципа измерения, известного из уровня техники. Так, согласно настоящему изобретению проводят по одному оптическому измерению положения кабеля соответственно перед плоскостью индуктивного измерения и за плоскостью индуктивного измерения и по ним определяют положение кабеля в плоскости индуктивного измерения. По этому положению кабеля и по индуктивно измеренному положению токопроводящей жилы в плоскости индуктивного измерения определяют центричность. Само по себе определение центричности может быть по существу произведено известным из уровня техники образом. Для этого, в частности, индуктивно измеренное положение токопроводящей жилы в плоскости индуктивного измерения может быть соотнесено известным из уровня техники образом с положением кабеля, определенным в плоскости индуктивного измерения. В качестве индуктивных датчиков могут, в частности, быть использованы пассивные индуктивные датчики. При этом в токопроводящей жиле может быть создано, например индуцировано, высокочастотное переменное напряжение, вызывающее в токопроводящей жиле высокочастотный переменный ток. В этом случае созданное высокочастотным переменным током переменное магнитное поле измеряют пассивными индуктивными датчиками.

За счет инверсии принципа измерения по сравнению с описанным выше принципом уровня техники, принцип настоящего изобретения позволяет провести оптическое измерение по меньшей мере в одной плоскости оптического измерения, предпочтительно в обеих плоскостях оптического измерения, с таким пространственным разрешением, что, в частности, в первой и/или во второй плоскости оптического измерения идентифицируют потенциальное наклонное положение или изгиб кабеля. Таким образом, для повышения точности может быть произведено оптическое измерение с таким пространственным разрешением, в частности, в первой плоскости оптического измерения и во второй плоскости оптического измерения соответственно, что идентифицируют наклонное положение и/или изгиб кабеля относительно направления подачи, в частности, в первой плоскости оптического измерения и во второй плоскости измерения. По меньшей мере одно из оптических измерительных устройств, предпочтительно оба оптических измерительных устройства, измеряет положение кабеля, в частности, положение кромок изоляционной оболочки с пространственным разрешением, во-первых, перпендикулярно к направлению подачи и, во-вторых, в направлении подачи, то есть с двумерным пространственным разрешением. Может быть произведено известное из уровня техники измерение по границам тени, при котором на оптических датчиках отображаются границы тени изоляционной оболочки. Для определения положений кромок может быть использован известный из уровня техники дифракционный анализ стыков [diffraction seam analysis], как он описан, например, в документе ЕР 0924493 B1. Наклонное положение или изгиб кабеля в области первой или второй плоскости оптического измерения может быть определено из указанных положений кромок изоляционной оболочки, определенных с пространственным разрешением также и в направлении подачи кабеля. Это может быть учтено при определении центричности. Таким образом, при вычислении можно компенсировать ошибку измерения, возникающую вследствие изгиба кабеля.

На основе наклонного положения и/или изгиба кабеля относительно направления подачи, определенных, в частности, в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения, можно получить скорректированное положение кабеля в плоскости индуктивного измерения, и на основе этого скорректированного положения определяют центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке. Таким образом, в данном варианте осуществления за основу берут положение кабеля в плоскости индуктивного измерения, скорректированное на основе идентифицированного наклонного положения и/или изгиба кабеля. При этом компенсируют, например, ошибку измерения, вызванную провисанием и изгибом.

Согласно настоящему изобретению не делают попыток принять дополнительные меры, чтобы предотвратить изгиб кабеля, поскольку это, как объяснено выше, не может быть полностью успешным и создает неопределенную ситуацию измерения. Напротив, изгиб кабеля принимают, но идентифицируют метрологически и учитывают в последующих вычислениях. Согласно настоящему изобретению обеспечивают однозначно определенную ситуацию измерения, и определение центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке в таких условиях всегда надежно.

В одном из дальнейших вариантов осуществления может быть предусмотрено определение радиуса изгиба или диаметра изгиба кабеля по проведенным в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения оптическим измерениям, исходя из которых получают скорректированное положение кабеля в плоскости индуктивного измерения. В указанном варианте осуществления в качестве приближения принимают, что изгиб кабеля, например вследствие провисания, по меньшей мере на участке измерения, ограниченном оптическими плоскостями измерения, происходит по дуге окружности. Из этого предположения круговой формы следует однозначно определенная ситуация измерения, и в ходе вычислений оно может быть просто и быстро учтено. Кроме того, было показано, что принятое в качестве приближения предположение круговой формы дает надежные результаты измерений.

В одном из дальнейших вариантов осуществления может быть предусмотрено определение радиуса изгиба или диаметра изгиба кабеля, при этом строят окружность, в которой определенные в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения изгибы кабеля образуют круговые сегменты, при этом радиус или диаметр указанной окружности выбирают в качестве радиуса изгиба или диаметра изгиба. Центром указанной окружности служит точка пересечения двух радиусов измеренных изгибов кабеля в первой и второй плоскостях оптического измерения. Такая окружность может быть геометрически определена тремя лежащими на указанной окружности точками. Поэтому для определения указанной окружности по существу достаточно, если в одной из двух плоскостей оптического измерения проводят измерение с двумерным пространственным разрешением (например, двухосевым оптическим датчиком [two-line optical sensor]), тогда как в другой плоскости оптического измерения проводят измерение лишь с одномерным пространственным разрешением (например, одноосевым оптическим датчиком [single-line optical sensor]). Однако для повышения точности при определении указанной окружности предпочтительно, чтобы измерение в обеих плоскостях оптического измерения проводилось с двумерным пространственным разрешением (например, двухосевым оптическим датчиком в каждой плоскости).

Кроме того, может быть предусмотрено определение радиуса изгиба или диаметра изгиба для наклонного положении кабеля, идентифицированного в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения, в которых соответственно строят перпендикуляр к определенным наклонным положениям кабеля, и точку пересечения указанных перпендикуляров выбирают центром окружности, относительно которой идентифицированные наклонные положения кабеля образуют соответственно касательные или хорды, при этом в качестве радиуса изгиба или диаметра изгиба выбирают радиус или диаметр указанной окружности.

Радиальные прямые потенциально идентифицируемых изгибов кабеля в первой и второй плоскостях оптического измерения или соответственно перпендикулярные прямые к наклонных положениям кабеля, потенциально идентифицируемым в первой и второй плоскостях оптического измерения, пересекаются в одной точке. В вышеупомянутых вариантах осуществления указанную точку пересечения принимают за центр окружности, для которой измеренные изгибы кабеля образуют круговые сегменты или соответственно измеренные наклонные положения кабеля образуют касательные либо хорды. Таким образом указанные касательные проходят вблизи точки пересечения перпендикулярных линий с измеренными наклонными положениями кабеля. В случае образования хорд указанные хорды проходят между измеренными концевыми точками наклонных положений. Таким образом, математически определяют такую окружность, которая как можно ближе подходит к конфигурации кабеля, в частности, к его изгибу, по меньшей мере на участке измерения, ограниченном оптическими плоскостями измерения. На основе диаметра или соответственно радиуса этой окружности можно математически определить положение кабеля по существу в любых точках между оптическими плоскостями измерения, то есть, в частности, и в плоскости индуктивного измерения. Таким образом, исходя из указанного положения кабеля, можно надежно определить центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке на основе результатов, полученных индуктивным измерительным устройством. Сами по себе вышеописанные арифметические операции известны специалистам области техники.

Плоскость индуктивного измерения, и/или первая плоскость оптического измерения, и/или вторая плоскость оптического измерения могут быть расположены перпендикулярно к направлению подачи кабеля. Таким образом, проводят измерение в направлении, перпендикулярном к направлению подачи кабеля. В настоящей заявке речь идет о плоскостях измерения. Следует отметить, что, в частности, вследствие проведения оптического измерения с пространственным разрешением также и в направлении подачи, измерения фактически осуществляют в областях измерений, вытянутых в направлении подачи. Это, вследствие пространственной протяженности индуктивного измерительного устройства, справедливо также для плоскости индуктивного измерения. Таким образом, в качестве плоскости измерения может быть принята плоскость, расположенная в центре области измерений, если смотреть в направлении подачи.

Кабель может быть поддержан вдоль направления подачи несколькими опорными элементами, предпочтительно несколькими опорными роликами, причем указанные опорные элементы, расположенные непосредственно перед и непосредственно за плоскостью индуктивного измерения, могут быть расположены зеркально симметрично относительно плоскости индуктивного измерения. Благодаря такому симметричному относительно плоскости индуктивного измерения расположению опорных элементов, максимальный изгиб кабеля создают в области плоскости индуктивного измерения. В этом случае оптические измерительные устройства измеряют наклонные положения или соответственно изгибы, которые зеркально симметричны относительно плоскости индуктивного измерения, в плоскостях оптического измерения. Например, определенный вышеописанным образом центр окружности лежит в плоскости индуктивного измерения. Это упрощает вычисления. Если, например, по конструктивным причинам максимальный изгиб кабеля лежит не в плоскости индуктивного измерения, это также может быть учтено в ходе вычислений. Оптические измерительные устройства в этом случае измеряют в указанных двух плоскостях оптического измерения не зеркально симметричные положения кабеля. Определенный вышеописанным образом центр окружности расположен до или после плоскости индуктивного измерения, если смотреть в направлении подачи.

Кроме того, может быть предусмотрено, что по меньшей мере первое оптическое измерительное устройство и/или по меньшей мере второе оптическое измерительное устройство (соответственно) содержит по меньшей мере один оптический источник излучения и (соответственно) по меньшей мере один оптический датчик с двумерным пространственным разрешением. Оптические датчики с двумерным пространственным разрешением могут, например, быть образованы (соответственно) по меньшей мере двумя расположенными рядом рядами оптических датчиков. Возможно также применение двумерной матрицы датчиков с более чем двумя рядами датчиков. Могут также быть использованы и другие датчики изображения. Важно, что измерение с двумерным пространственным разрешением и идентификация за счет этого наклонного положения и/или изгиба кабеля возможно в одной или обеих плоскостях оптического измерения. Согласно настоящему изобретению в первой и второй плоскостях оптического измерения может также быть предусмотрено по два или более, чем по два, например, по три или по четыре, оптических измерительных устройств, причем все они расположены относительно друг друга со смещением на некоторый определенный угол, например на 90°, 60° или 45°. В этом случае все оптические измерительные устройства в одной или в обеих плоскостях оптического измерения могут проводить измерения с двумерным пространственным разрешением. Также и в плоскости индуктивного измерения может быть предусмотрено более чем одно индуктивное измерительное устройство, например два индуктивных измерительных устройства, которые проводят измерения со смещением относительно друг друга на некоторый угол, например на 90°. Таким образом, центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке может быть измерена в нескольких направлениях вокруг кабеля. При достаточном числе оптических измерительных устройств можно также идентифицировать овальность кабеля. Выбор оптического измерительного устройства и, в частности, оптических датчиков влияет на решение вопроса, могут ли оптические измерительные устройства различить наклонное положение и изгиб. Это зависит от пространственного разрешения оптического измерения, в частности, в направлении подачи кабеля. Если каждое из оптических измерительных устройств содержит лишь один оптический датчик, образованный из двух рядом расположенных фотоэлементов, продольная ось которых ориентирована перпендикулярно к направлению подачи кабеля, то в случае изгиба кабеля также измеряют наклонное положение, поскольку в направлении подачи всякий раз имеется лишь два измерительных поля. Иначе обстоит дело при большем пространственном разрешении в направлении подачи, то есть когда оптические датчики содержат, например, двумерную матрицу датчиков из более чем двух расположенных рядом линейных датчиков [line sensors]. В этом случае может быть измерен изгиб кабеля.

Разумеется, в каждой плоскости оптического измерения может также быть предусмотрено несколько оптических источников излучения и несколько оптических датчиков, например, расположенных со смещением на 90° относительно друг друга. Благодаря этому могут быть достигнуты дополнительные упрощения при вычислениях, как по существу описано в документе ЕР 0924493 B1. Кроме того, как известно, индуктивное измерительное устройство может содержать по меньшей мере две индуктивные измерительные катушки, которые расположены в плоскости индуктивного измерения парами относительно друг друга.

Ниже приведено подробное описание примера осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. На чертежах схематически показаны:

на фиг. 1 - устройство согласно настоящему изобретению в первой ситуации измерения;

на фиг. 2 - устройство с фиг. 1 во второй ситуации измерения;

на фиг. 3 - устройство с фиг. 1 в третьей ситуации измерения;

на фиг. 4 - увеличенное изображение части фиг. 3;

на фиг. 5 - еще одна ситуация измерения; и

на фиг. 6 - график, представляющий ошибку измерения при изгибе измеряемого кабеля.

Если не указано иное, одинаковые элементы обозначены на чертежах одинаковыми номерами позиций. Устройство согласно настоящему изобретению, изображенное на фиг. 1 и 2, содержит индуктивное измерительное устройство, расположенное в плоскости индуктивного измерения, которое в представленном примере содержит верхнюю индуктивную измерительную катушку 10 и нижнюю индуктивную измерительную катушку 12, которые расположены парами относительно друг друга. Посередине между измерительными катушками 10, 12 проходит показанное на фиг. 1 пунктиром предусмотренное направление 14 подачи кабеля 28, образованного электрическим токопроводящей жилой с изоляционной оболочкой. В направлении подачи перед индуктивными измерительными катушками 10, 12 в первой плоскости оптического измерения расположено первое оптическое измерительное устройство 16. В направлении подачи за индуктивными измерительными катушками 10, 12 во второй плоскости оптического измерения расположено второе оптическое измерительное устройство 18. Указанные оптические измерительные устройства 16, 18 содержат по меньшей мере один оптический источник излучения и по меньшей мере один оптический датчик с двумерным пространственным разрешением, образованный, например, из двух или более расположенных рядом рядов датчиков. Как видно из фиг. 1, индуктивное измерительное устройство и каждое из оптических измерительных устройств пространственно вытянуты в направлении 14 подачи кабеля 28. Соответствующие плоскости измерения соответственно расположены в середине пространственной протяженности соответствующего измерительного устройства и перпендикулярно к направлению 14 подачи. Направление 14 подачи образует в то же время ось симметрии указанных измерительных устройств. Устройство согласно настоящему изобретению дополнительно содержит обозначенное позицией 20 вычислительное устройство, к которому также относится устройство 22 для определения положения кромок кабеля в первой плоскости оптического измерения и устройство 24 для определения положения кромок кабеля во второй плоскости оптического измерения.

Положение токопроводящей жилы измеряют общеизвестным способом с помощью измерительных катушек 10, 12 в индуктивном измерительном устройстве в плоскости индуктивного измерения. Для этого соответствующие результаты измерений измерительных катушек 10, 12 через усилитель 26 передают в вычислительное устройство 20, которое по данным измерений определяет положение токопроводящей жилы в плоскости индуктивного измерения. Кроме того, с помощью первого оптического измерительного устройства 16 и второго оптического измерительного устройства 18 измеряют положение кабеля соответственно в первой плоскости оптического измерения и во второй плоскости оптического измерения. Это может быть сделано общеизвестным способом дифракционного анализа стыков [diffraction seam analysis], по границам тени кабеля 28, отбрасываемой на оптические датчики оптического измерительного устройства, как, например, описано в документе ЕР 0924493 В1. Вычислительное устройство 20 по положениям кабеля, измеренным первым и вторым оптическими измерительными устройствами 16, 18 соответственно в первой или второй плоскостях оптического измерения, определяет положение кабеля в плоскости индуктивного измерения. Отсюда общеизвестным способом вычислительное устройство 20 определяет центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке.

В показанном на фиг. 1 примере изображен кабель, обозначенный позицией под номером 28. Хотя на идеализированном для наглядности изображении кабель 28 проходит вдоль прямой линии, однако эта прямая линия наклонена относительно предусмотренного истинного направления 14 подачи. В примере измерения, показанном на фиг. 1, наклонные положения кабеля 28 определяют с помощью первого и второго оптических измерительных устройств, которые в показанном примере расположены вдоль прямой линии. В указанных условиях измерения положение кабеля 28 в плоскости индуктивного измерения может быть определено, например, интерполяцией между измеренными наклонными положениями. В целом, ситуацию измерения, показанную на фиг. 1, можно обработать также с помощью устройств уровня техники.

Напротив, на фиг. 2 показана ситуация измерения, которая в традиционных системах приводит к неопределенной ошибке измерения. На фиг. 2 видно, что кабель 28 провисает, что показано преувеличенно для наглядности, и, соответственно, имеет изгиб. Как объяснено выше, этого изгиба практически нельзя избежать. В показанном на фиг. 2 примере опорные элементы (не показаны), поддерживающие кабель 28 зависящим от системы образом, например опорные ролики, расположены на значительных расстояниях в несколько метров, причем зеркально симметрично относительно плоскости индуктивного измерения. Благодаря этому максимальное провисание кабеля 28 лежит в области плоскости индуктивного измерения. Как непосредственно видно из фиг. 2, первое и второе оптические измерительные устройства в свою очередь соответственно измеряют наклонное положение или соответственно изгиб относительно истинного желаемого направления 14 подачи. Решение вопроса, способны ли оптические измерительные устройства в каждом случае различить наклонное положение и изгиб, зависит, как объяснено выше, от пространственного разрешения оптических измерительных устройств. Провисание кабеля 28 сказывается на результатах измерений оптических измерительных устройств, и эти результаты отражаются на плоскости индуктивного измерения.

Для вычислений можно соответственно рассчитать радиальную прямую или соответственно перпендикулярную прямую к указанному изогнутому или наклонному участку, измеренному указанными оптическими измерительными устройствами, и точка пересечения указанных перпендикулярных или соответственно радиальных прямых может быть определена как центр некоторой окружности. Перпендикулярные или соответственно радиальные прямые на фиг. 2 обозначены номерами позиций 30, 32. Окружность с указанным центром выбирают так, что измеренные с помощью оптических измерительных устройств наклонные или изогнутые участки образуют сегменты указанной окружности или соответственно хорды указанной окружности. Затем посредством вычислительного устройства 20 определяют диаметр или радиус указанной окружности. На этой основе можно с учетом максимального провисания в области плоскости индуктивного измерения определить положение кабеля в плоскости индуктивного измерения, скорректированное с учетом провисания. Это скорректированное положение кабеля служит основой для определения центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке, проводимого также вычислительным устройством 20.

На фиг. 3 и 4 изображена ситуация измерения, которая в значительной мере соответствует ситуации измерения, описанной выше и показанной на фиг. 2. Однако, в отличие от ситуации измерения фиг. 2, в примере фиг. 3 и 4 максимальный изгиб или соответственно максимальное провисание кабеля 28 расположены не в области плоскости индуктивного измерения, а со смещением от нее вбок, в частности сбоку от центральной оси индуктивной измерительной головки, перпендикулярной к направлению 14 подачи. Центр 34 окружности, образованный перпендикулярными или радиальными прямыми 30, 32, расположен таким образом также со смещением вбок от плоскости индуктивного измерения. На фиг. 3 перпендикулярные или соответственно радиальные прямые 30, 32, демонстрируют радиус изгиба кабеля 28. Хорды образованной окружности на фиг. 3 и 4 обозначены номерами позиций 31 и 33. К указанным хордам 31, 33 проведены перпендикулярные или соответственно радиальные прямые 30, 32 соответственно под углом 90°. На фиг. 3 и 4 видны также сориентированные перпендикулярно к направлению 14 подачи кабеля 28 два ряда 36, 38 и 40, 42 оптических датчиков оптических измерительных устройств 16 и 18. При этом хорды 31, 33 построены соответственно между рядами датчиков 36 и 38 или соответственно 40 и 42. Вместо хорд 31, 33 могут также быть проведены касательные вблизи изгиба кабеля 28 в точке пересечения перпендикулярных или соответственно радиальных прямых 30, 32. Номером позиции 44 обозначен геометрический центр между оптическими измерительными устройствами 16, 18, который бы соответствовал положению кабеля 28 между оптическими измерительными устройствами 16, 18, если бы кабель 28 не был изогнут. Однако вследствие изгиба фактическое положение кабеля 28 отклонено от геометрического центра 44, что наглядно видно и обозначено позицией 46. Согласно настоящему изобретению указанную ошибку измерения компенсируют.

На фиг. 5 для наглядности схематично показана еще одна ситуация измерения, при которой кабель 28 в области измерительных устройств (область измерений оптического и индуктивного измерительных устройств на фиг. 5 показана схематично и обозначена позицией 48) не провисает, а выгибается вверх, что обусловлено расположением поддерживающих кабель 28 опорных роликов 50. Так, на фиг. 5, помимо обычных и предусмотренных, например, в вариантах осуществления фиг. 1-4 (внешних) опорных роликов 50 показаны дополнительные (внутренние) опорные ролики 50, которые расположены сравнительно близко до и после области 48 измерений оптического и индуктивного измерительных устройств. Эти дополнительные опорные ролики 50 могут вызвать видимый на фиг. 5 выгиб кабеля 28 вверх. Настоящее изобретение позволяет уверенно и надежно обработать также и такую ситуацию измерения.

Как показано на фиг. 1-5, при изгибе токопроводящей жилы, помимо геометрических погрешностей, возникают дополнительные ошибки измерения, вызванные повышением в направлении изгиба напряженности магнитного поля, измеряемого индуктивными датчиками. Это привносит в измерения индуктивных датчиков дополнительную ошибку измерения, вызванную изгибом токопроводящей жилы. На фиг. 6 показана зависимость между радиусом изгиба провисающего кабеля и соответствующей ошибкой измерения при обычном определении центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке. Видно, что отложенная по оси ординат в мкм ошибка измерения экспоненциально возрастает с уменьшением отложенного по оси абсцисс в метрах радиуса изгиба. Как объяснено в начале, радиусы изгиба величиной 10 м вполне реалистичны. Показанная на графике ошибка измерения получена на основе индуктивного определения положения токопроводящей жилы по закону Био-Савара. Был использован индуктивный датчик с чувствительной поверхностью размером 16 мм (ширина) × 6 мм (высота), при этом расстояние между нижней кромкой датчика и направлением 14 подачи, задающим ось головки датчика, равно 10 мм. Такие ошибки измерения могут быть надежно предотвращены посредством способа согласно настоящему изобретению или устройства согласно настоящему изобретению, а также посредством идентификации изгиба токопроводящей жилы, достижимой с их помощью.

Изобретение относится к измерению центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке. Кабель (28), образованный токопроводящей жилой с ее изоляционной оболочкой, перемещают в направлении (14) подачи. В плоскости индуктивного измерения положение жилы определяют посредством индуктивного измерительного устройства. В первой плоскости оптического измерения, лежащей в направлении (14) подачи кабеля (28) перед плоскостью индуктивного измерения, его положение определяют посредством первого оптического измерительного устройства (16). Во второй плоскости оптического измерения, лежащей в направлении (14) подачи кабеля (28) за плоскостью индуктивного измерения, его положение определяют посредством второго оптического измерительного устройства (18). Указанные положения кабеля (28) соотносят так, что получают положение кабеля (28) в плоскости индуктивного измерения и определяют центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке из указанного полученного положения кабеля (28) в плоскости индуктивного измерения и из положения токопроводящей жилы, определенного в плоскости индуктивного измерения. При этом в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения проводят оптическое измерение с таким пространственным разрешением, что идентифицируют наклонное положение и/или изгиб кабеля (28) относительно направления (14) подачи, учитывают это при определении центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке. Технический результат - повышение точности измерений. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ измерения центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке, в котором кабель (28), образованный токопроводящей жилой с ее изоляционной оболочкой, перемещают в направлении (14) подачи, содержащий следующие этапы:
- в плоскости индуктивного измерения положение токопроводящей жилы определяют посредством индуктивного измерительного устройства;
- в первой плоскости оптического измерения, лежащей в направлении (14) подачи кабеля (28) перед плоскостью индуктивного измерения, положение кабеля (28) определяют с помощью по меньшей мере одного первого оптического измерительного устройства (16);
- во второй плоскости оптического измерения, лежащей в направлении (14) подачи кабеля (28) за плоскостью индуктивного измерения, положение кабеля (28) определяют с помощью по меньшей мере одного второго оптического измерительного устройства (18);
- указанные положения кабеля (28), определенные в указанных первой и второй плоскостях оптического измерения, соотносят друг с другом так, что получают положение кабеля (28) в плоскости индуктивного измерения; и
- определяют центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке из указанного полученного положения кабеля (28) в плоскости индуктивного измерения и из положения токопроводящей жилы, определенного в плоскости индуктивного измерения;
- причем в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения проводят оптическое измерение с таким пространственным разрешением, что идентифицируют наклонное положение и/или изгиб кабеля (28) относительно направления (14) подачи, в частности, в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения, при этом такое наклонное положение и/или изгиб учитывают при определении центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят оптическое измерение с таким пространственным разрешением в первой плоскости оптического измерения и во второй плоскости оптического измерения соответственно, что идентифицируют наклонное положение и/или изгиб кабеля относительно направления подачи, в частности, в указанной первой плоскости оптического измерения и в указанной второй плоскости измерения.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что исходя из идентифицированного, в частности, в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения наклонного положения и/или изгиба кабеля (28) относительно направления (14) подачи получают скорректированное положение кабеля (28) в плоскости индуктивного измерения, исходя из которого определяют центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке.

4. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что из оптического измерения, выполненного в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения, определяют радиус изгиба или диаметр изгиба кабеля (28) и, исходя из которого, получают скорректированное положение кабеля (28) в плоскости индуктивного измерения.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что определяют радиус изгиба или диаметр изгиба кабеля (28), при этом строят окружность, для которой идентифицированные в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения изгибы кабеля (28) образуют круговые сегменты, причем радиус или диаметр указанной окружности выбирают в качестве радиуса изгиба или диаметра изгиба.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве центра окружности для идентифицированных изгибов кабеля (28) в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения выбирают точку пересечения двух радиальных прямых.

7. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что определяют радиус изгиба или диаметр изгиба для наклонного положения кабеля (28), идентифицированный в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения, при этом строят соответственно одну перпендикулярную прямую к определенным наклонным положениям кабеля (28) и точку пересечения указанных перпендикулярных прямых выбирают центром окружности, для которой идентифицированные наклонные положения кабеля (28) образуют касательные или хорды, причем радиус или диаметр указанной окружности выбирают в качестве радиуса изгиба или диаметра изгиба.

8. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что указанную индуктивную плоскость измерения, и/или указанную первую оптическую плоскость измерения, и/или указанную вторую оптическую плоскость измерения выбирают перпендикулярно к направлению (14) подачи кабеля (28).

9. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что кабель (28) поддерживают вдоль его направления (14) подачи несколькими опорными элементами, предпочтительно несколькими опорными роликами, причем указанные опорные элементы, расположенные непосредственно перед и расположенные непосредственно за плоскостью индуктивного измерения, располагают зеркально симметрично относительно плоскости индуктивного измерения.

10. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что указанное по меньшей мере одно первое оптическое измерительное устройство (16) и/или указанное по меньшей мере одно второе оптическое измерительное устройство (18) содержат по меньшей мере один оптический источник излучения и по меньшей мере один оптический датчик с двумерным пространственным разрешением.

11. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что указанное индуктивное измерительное устройство содержит по меньшей мере две индуктивные измерительные катушки (10, 12), которые расположены парами относительно друг друга в плоскости индуктивного измерения.

12. Устройство для измерения центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке, в котором кабель (28), образованный токопроводящей жилой с ее изоляционной оболочкой, выполнен с возможностью перемещения в направлении (14) подачи, содержащее:
- индуктивное измерительное устройство, расположенное в плоскости индуктивного измерения, для определения положения токопроводящей жилы в плоскости индуктивного измерения;
- по меньшей мере одно первое оптическое измерительное устройство (16), расположенное в первой плоскости оптического измерения, лежащей в направлении подачи (14) кабеля перед плоскостью индуктивного измерения, для определения положения кабеля (28) в первой плоскости оптического измерения;
- по меньшей мере одно второе оптическое измерительное устройство (18), расположенное во второй плоскости оптического измерения, лежащей в направлении подачи (14) кабеля (28) за плоскостью индуктивного измерения, для определения положения кабеля (28) во второй плоскости оптического измерения;
- вычислительное устройство (20), выполненное с возможностью соотнесения положений кабеля (28), определенных в первой и второй плоскостях оптического измерения, таким образом, чтобы получить положение кабеля (28) в плоскости индуктивного измерения, и исходя из указанного полученного положения кабеля (28) и положения токопроводящей жилы, определенного в плоскости индуктивного измерения, определить центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке;
- причем указанное по меньшей мере одно первое оптическое измерительное устройство (16) и/или указанное по меньшей мере одно второе оптическое измерительное устройство (18) выполнены с возможностью выполнения оптического измерения с таким пространственным разрешением в первой плоскости оптического измерения и/или во второй оптической плоскости, что обеспечена возможность идентификации наклонного положения и/или изгиба кабеля (28) относительно направления (14) подачи, в частности, в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения, и при этом вычислительное устройство (20) дополнительно выполнено с возможностью учитывать такое наклонное положение и/или изгиб при определении центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что вычислительное устройство (20) дополнительно выполнено с возможностью реализации способа по любому из пп. 1-7.

14. Устройство по любому из пп. 12 или 13, отличающееся тем, что указанная плоскость индуктивного измерения, и/или указанная первая плоскость оптического измерения, и/или указанная вторая плоскость оптического измерения выбраны лежащими перпендикулярно к направлению (14) подачи кабеля (28).

15. Устройство по любому из пп. 12 или 13, отличающееся тем, что дополнительно предусмотрено несколько опорных элементов, предпочтительно несколько опорных роликов, поддерживающих кабель (28) вдоль направления (14) его подачи, причем опорные элементы, расположенные непосредственно перед и расположенные непосредственно за плоскостью индуктивного измерения, размещены зеркально симметрично относительно плоскости индуктивного измерения.

16. Устройство по любому из пп. 12 или 13, отличающееся тем, что указанное по меньшей мере одно первое оптическое измерительное устройство (16) и/или указанное по меньшей мере одно второе измерительное устройство (18) содержат по меньшей мере один оптический источник излучения и по меньшей мере один оптический датчик с двумерным пространственным разрешением.

17. Устройство по любому из пп. 12 или 13, отличающееся тем, что указанное индуктивное измерительное устройство содержит по меньшей мере две индуктивные измерительные катушки (10, 12), которые расположены парами относительно друг друга в плоскости индуктивного измерения.