DD241786A1

DD241786A1 - EASY METHOD OF FABRIC DETECTION THROUGH THERMAL WAYS

Info

Publication number: DD241786A1
Application number: DD28164285A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Ernst; Thorsten Wilke
Original assignee: Rat Des Kreises Wolmirstedt Ab
Priority date: 1985-10-11
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1986-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Messverfahren, mit dem unter Produktionsbedingungen bei geringem geraetetechnischem Aufwand das thermische Verhalten von Objekten erfasst werden kann. Das Ziel besteht darin, auf einfache Weise elektrische Daten zu gewinnen, die zur Erkennung von Stoffen oder Objekten dienen koennen. Das wird dadurch erreicht, dass eine mit konstanter elektrischer Leistung beheizte Messsonde mit dem zu untersuchenden Probekoerper in Waermekontakt gebracht wird. Die sich in der Messsonde ergebende zeitliche Aenderung der Temperatur laesst Schluesse hinsichtlich der spezifischen Waermekapazitaet und der spezifischen Waermeleitfaehigkeit des Materials zu und kann zur Stofferkennung genutzt werden. Dazu werden die sich einstellende Endtemperatur und die maximale Aenderungsgeschwindigkeit der Temperatur herangezogen. Das Verfahren ist geeignet, die Objekterkennung von Robotern zu unterstuetzen bzw. Informationen fuer Sortier- oder Ueberwachungsaufgaben in automatisierten Produktionsablaeufen zu gewinnen. Vorzugsweise wird das Verfahren dort einzusetzen sein, wo im technologischen Ablauf eine Beruehrung zwischen dem Objekt und einer Messsonde fuer eine gewisse Zeitdauer moeglich ist.The invention relates to an electrical measuring method with which the thermal behavior of objects can be detected under production conditions with a low technical outlay. The goal is to easily obtain electrical data that can be used to detect substances or objects. This is achieved by bringing a measuring probe, heated with constant electrical power, into heat contact with the specimen to be examined. The temporal change of the temperature resulting in the measuring probe allows conclusions regarding the specific heat capacity and the specific heat conductivity of the material and can be used for substance identification. For this, the self-adjusting final temperature and the maximum rate of change of the temperature are used. The method is suitable for supporting the object recognition of robots or obtaining information for sorting or monitoring tasks in automated production processes. Preferably, the method will be used where in the technological process a contact between the object and a measuring probe for a certain period of time is possible.

Description

Characteristic of the known technical solutions

Die bisher bekannten technischen Verfahren der Objekterkennung arbeiten auf der Grundlage der mechanischen, optischen, elektrischen oder magnetischen Eigenschaften der in Frage kommenden Objekte bzw. nutzen deren Transmissionsgrad für bestimmte Strahlungen aus (vgl. Kiese, Naumann: Roboter im Blickpunkt, VEB Fachbuchverlag Leipzig). Thermische Verfahren haben die exakte Ermittlung der thermischen Eigenschaften des Stoffes (spezifische Wärmeleitfähigkeit oder spezifische Wärmekapazität) zum Ziel und sind damit auf eine hohe Meßgenauigkeit gerichtet, wenn nicht ausschließlich die Temperatur erfaßt werden soll.The hitherto known technical methods of object recognition work on the basis of the mechanical, optical, electrical or magnetic properties of the objects in question or use their transmittance for certain radiations (see Kiese, Naumann: Robot in view, VEB Fachbuchverlag Leipzig). Thermal processes have the exact determination of the thermal properties of the substance (specific thermal conductivity or specific heat capacity) to the target and are thus directed to a high accuracy of measurement, if not only the temperature is to be detected.

Daraus folgt ein erheblicher gerätetechnischer Aufwand und hohe Forderungen an die Einhaltung bestimmter Meßvorschriften und Toleranzen (DE-PS 2701774).This results in a considerable equipment expense and high demands on compliance with certain measurement requirements and tolerances (DE-PS 2701774).

Der relativ hohe Aufwand und die erforderliche Vorbereitung der Probenoberfläche verhindern, daß das Verfahren in Produktions-und Betriebsprozesse integriert wird.The relatively high cost and the required preparation of the sample surface prevent the process from being integrated into production and operational processes.

Andere bekannte, einfach zu handhabende Verfahren sind auf den Nachweis der Identität zweier Stoffe gerichtet (US-PS 4364677). Dabei wird das thermische Verhalten des zu untersuchenden Körpers mit einem Vergleichskörper in einer Differenzmessung verglichen.Other known, easy-to-use methods are directed to the detection of the identity of two substances (US Pat. No. 4,364,677). The thermal behavior of the body to be examined is compared with a reference body in a differential measurement.

Das hat den Nachteil, daß man eine Vielzahl von Vergleichskörpern und erheblichen Zeitaufwand benötigt, um einen Körper zu identifizieren. . This has the disadvantage of requiring a large number of comparators and considerable time to identify a body. ,

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zur Stofferkennung auf thermischem Wege zu entwickeln, dessen Anwendungsgebiet mit Blick auf automatisierte Produktionsabläufe erweitert ist und dessen Geräteaufwand verringert ist.The aim of the invention is to develop a simple method for material detection by thermal means, whose field of application is expanded with a view to automated production processes and whose equipment costs are reduced.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das mit einfachen Baugruppen eine zuverlässige Stofferkennung unter Produktionsbedingungen ermöglicht. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß ene beheizte Meßsonde auf den zu untersuchenden Probekörper gedrückt wird und die durch den Wärmeübergang verursachte zeitliche Änderung der Sondentemperatur in geeigneter Weise registriert wird. Anhand vorher mit der gleichen Sonde vorgenommener Messungen, die in Form von Temperatur-Zeit-Diagrammen gespeichert sind, kann das aktuelle Meßergebnis ausgewertet und auf den Stoff des Probekörpers geschlossen werden.The invention has for its object to develop a method that allows a reliable material identification under production conditions with simple assemblies. According to the invention this is achieved in that a heated probe is pressed onto the specimen to be examined and the time change of the probe temperature caused by the heat transfer is registered in a suitable manner. Based on previously made with the same probe measurements, which are stored in the form of temperature-time diagrams, the current measurement result can be evaluated and closed on the substance of the specimen.

embodiment

Die Erfindung soll an Hand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail with reference to the following embodiment:

Die beheizte Meßsonde, die einen Temperaturfühler besitzt, wird mit konstanter Heizleistung auf eine bestimmte Anfangstemperatur Ta aufgeheizt. Wird die Meßsonde mit dem Probekörper, dessen Temperatur der niedrigeren Umgebungstemperatur Tu entspricht in innigen Wärmekontakt gebracht, so kommt es zu einem Wärmeübergang von der Sonde zum. Probekörper.The heated probe, which has a temperature sensor, is heated with constant heating power to a certain initial temperature Ta. If the probe is brought into intimate heat contact with the test specimen whose temperature corresponds to the lower ambient temperature Tu, heat transfer from the probe occurs. Specimen.

Der Wärmestrom wird anfangs groß sein und langsam auf einen stationären Wert absinken. Dabei wird der Anfangswert des Wärmestromes von der spezifischen Wärmekapazität und von der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Probenmaterials und der Endwert nur von der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Probenmaterials abhängen.The heat flow will be initially large and slowly drop to a steady state value. In this case, the initial value of the heat flow will depend on the specific heat capacity and the specific thermal conductivity of the sample material and the final value only on the specific thermal conductivity of the sample material.

Analog dazu ändert sich die Temperatur des Meßfühlers in der Sonde zunächst mit hoher Geschwindigkeit und bei Erreichen des stationären Endwertes des Wärmestromes schließlich nicht mehr (vgl. Fig. 1}.Similarly, the temperature of the probe in the probe initially changes at high speed and finally when reaching the steady end value of the heat flow no longer (see Fig. 1}.

In der Figur 1 ist der prinzipielle Temperaturverlauf für drei verschiedene Stoffe dargestellt. Für die Stoffeigenschaften gelten die Beziehungen Ci = C₂ > C₃ und λ_Ί > λ₂ = λ₃.FIG. 1 shows the basic temperature profile for three different substances. For the material properties, the relationships Ci = C ₂ > C ₃ and λ _Ί > λ ₂ = λ ₃ _apply .

Der maximale Anstieg der Kurve ist ein Maß für die größere (Kurven 1 und2) oder kleinere (Kurve 3) spezifische Wärmekapazität des Stoffes, während die Differenz zwischen der jeweiligen Endtemperatur und der Umgebungstemperatur ein Maß für eine größere (Kurve 1) oder kleinere (Kurven 2 und 3) spezifische Wärmeleitfähigkeit des untersuchten Stoffes ist.The maximum slope of the curve is a measure of the larger (curves 1 and 2) or smaller (curve 3) specific heat capacity of the substance, while the difference between the respective final temperature and ambient temperature is a measure of a larger (curve 1) or smaller (curves 2 and 3) specific thermal conductivity of the substance under investigation.

Somit ist der zeitliche Verlauf der Temperatur charakteristisch für das Material des Probekörpers, wenn die Meßsonde klein ist gegenüber dem Probekörper und ein hinreichend guter Wärmekontakt zwischen Probekörper und Meßsonde erzielt wird.Thus, the time course of the temperature is characteristic of the material of the specimen when the probe is small compared to the specimen and a sufficiently good thermal contact between the specimen and the probe is achieved.

Der am zu untersuchenden Probekörper registrierte zeitliche Temperaturverlauf wird mit vorher an derselben Apparatur und unter gleichen Bedingungen aufgenommenen Diagrammen verglichen und kann zur Stofferkennung genutzt werden.The temporal temperature profile recorded on the specimen to be examined is compared with previously recorded on the same apparatus and under the same conditions diagrams and can be used for material identification.

Für diese Aufgabe müssen die Forderungen erfüllt werden, daß die Masse des Probekörpers groß ist gegenüber der Masse der Sonde und der Probekörper eine saubere Oberfläche besitzt. Geräteseitig besteht die Forderung, daß die Anfangstemperatur stets um den gleichen Betrag über der Anfangstemperatur des Probekörpers liegt. Ist diese Temperatur gleich der Umgebungstemperatur, läßt sich das allein durch die konstante Heizleistung der Meßsonde realisieren.For this task, the requirements must be met that the mass of the specimen is large compared to the mass of the probe and the specimen has a clean surface. On the device side, there is the requirement that the initial temperature is always the same amount above the initial temperature of the specimen. If this temperature is equal to the ambient temperature, this can be achieved solely by the constant heating power of the measuring probe.

Bei geringeren Genauigkeitsanforderungen kann auf diese Forderungen weitgehend verzichtet werden. Die Meßdaten der Sonde sind dann noch auswertbar um Objekte zu identifizieren oder den Zustand von Objekten zu erkennen (z. B. leere von gefüllten Gefäßen unterscheiden).With lower accuracy requirements can be largely dispensed with these requirements. The measured data of the probe can then still be evaluated to identify objects or to recognize the state of objects (eg differentiate empty from filled vessels).

Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet sich insbesondere dort an, wo die fraglichen Objekte (Werkstücke, GefäßeThe use of the method according to the invention is particularly suitable where the objects in question (workpieces, vessels

o. ä.) von mechanischen Vorrichtungen bewegt und deshalb für mehrere Sekunden berührt werden, was beispielsweise bei den Greifern von Robotern der Fall ist.o. Ä.) Are moved by mechanical devices and therefore touched for several seconds, which is the case for example with the grippers of robots.

Für eine vereinfachte Auswertung bzw. einem vereinfachten Vergleich zweier Temperatur-Zeit-Diagramme auf elektronischem Wege sollten zwei Kriterien verglichen werden:For a simplified evaluation or a simplified comparison of two temperature-time diagrams electronically two criteria should be compared:

a) maximaler Anstieg der Kurve zu Beginn der Messunga) maximum increase of the curve at the beginning of the measurement

b) Endtemperatur des Temperaturfühlersb) End temperature of the temperature sensor

Der günstigste Zeitpunkt für die Zeitmarken ist abhängig von der Größe der Meßsonde und ihrer Heizleistung. In dem aufgebauten Muster mit einer großen Meßsonde lag der günstigste Zeitpunkt für den Vergleich des Anstiegs der Kurven 1 bis 2 Sekunden nach Herstellen des Wärmekontaktes zwischen Probekörper und Meßsonde und für die Ermittlung der Endtemperatur 20 Sekunden später. Beide Zeiten lassen sich verringern, wenn eine kleinere Meßsonde mit kleinerer Heizleistung verwendet wird. Dadurch kann das Verfahren unterschiedlichen technologischen Bedingungen angepaßt werden.The best time for the timestamps depends on the size of the probe and its heating power. In the built-up pattern with a large probe, the best time to compare the rise of the curves was 1 second to 2 seconds after making the thermal contact between the sample and the probe, and the final temperature was 20 seconds later. Both times can be reduced if a smaller probe with lower heat output is used. This allows the process to be adapted to different technological conditions.

Claims

Claim:

A method of thermally detecting matter, characterized in that the body to be examined is brought into contact with a heated measuring probe and the time course of the temperature is detected and registered and used by comparison with known temperature diagrams for the identification of substances or objects.

For this 1 page drawing.

Field of application of the invention

The invention relates to a method for material detection by thermal means. It is an electrical measuring method for the determination of thermal properties of substances, which is suitable for use under production conditions and there to complement the object recognition by robots in automatic system or to gain information for sorting machines.