DE102004053651A1 - Selbstkalibrierendes Verfahren zur Bestimmung der Richtung, der Geschwindigkeit und Länge sowie zur Stillstandserkennung von Bahnen, Bändern Stückgütern - Google Patents
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Abstract
Es ist bekannt, dass die taktile Messung von Lauflängen, Geschwindigkeiten und Vorschubstecken auf bahnförmig produzierten oder transportierten Materialien mittels Laufrad bzw. mitlaufenden Zylindern Laufzeit-, Einstellungs-, Material- und Transport bedingten Schwankungen bzw. Veränderungen unterliegen. Dies ist z. B. dann nicht akzeptabel, wenn aufgrund gesetzlicher oder produktionstechnischer Erfordernisse eine geeichte bzw. genaue Längenmessung zu erfolgen hat. Eine geeichte Längenmessung hat immer dann zu erfolgen, wenn die hergestellten Waren "nach Meter" verkauft werden. DOLLAR A Ebenfalls ist bekannt, dass es berührungslose Messverfahren gibt, die sich besonders durch eine hohe Langzeitstabilität und durch hohe Resistenz gegenüber Einstellungs-, Material- und Transport bedingten Schwankungen bzw. Veränderungen auszeichnen. Des Weiteren tritt bei diesen berührungslosen Verfahren kein Schlupf auf. Nachteil der berührungslosen Systeme, die im Allgemeinen auf stochastischen Messverfahren beruhen, ist unter Umständen eine geringere Absolutgenauigkeit bei kurzen Messstrecken sowie bei kleinsten Messgeschwindigkeiten sowie bei auftretenden Richtungswechseln und Vibrationen. DOLLAR A Ziel war es daher, ein Messverfahren zu entwickeln, welches die Vorteile von berührungslosen und taktilen Verfahren zur Messung von Geschwindigkeits-, Längen- und Vorschub an Bändern, Bahnen und Stückgütern (wie z. B. Nonwoven, Textilien, Folie, Papier, Metall, Holz, ...) vereint. DOLLAR A Entwickelt wurde ein ...
Description
- Umfeld:
- Es ist bekannt, dass die taktile Messung von Lauflängen, Geschwindigkeiten und Vorschubstecken auf bahnförmig produzierten oder transportierten Materialien mittels Laufrad bzw. mitlaufenden Zylindern Laufzeit-, Einstellungs-, Material- und Transport bedingten Schwankungen bzw. Veränderungen unterliegen. Dies ist z.B. dann nicht akzeptabel, wenn aufgrund gesetzlicher oder produktionstechnischer Erfordernisse eine geeichte bzw. genaue Längenmessung zu erfolgen hat.
- Ebenfalls ist bekannt, dass es berührungslose Messverfahren gibt, die sich besonders durch eine hohe Langzeitstabilität auszeichnen sowie durch hohe Resistenz gegenüber Einstellungs-, Material- und Transport bedingten Schwankungen bzw. Veränderungen. Des weitern tritt bei diesen berührungslosen Verfahren kein Schlupf auf. Nachteil der berührungslosen Systeme, die im Allgemeinen auf stochastischen Messverfahren beruhen, ist unter Umständen eine geringere Absolutgenauigkeit bei kurzen Messstrecken sowie bei kleinsten Messgeschwindigkeiten sowie bei auftretenden Richtungswechseln und Vibrationen.
- Es gibt heute bei der Messung von Geschwindigkeiten und Längen auf Bahnen und Bändern sowie bei Stückgütern eine Trennung von taktilen sowie von berührungslosen Messverfahren. Beide Verfahren für sich weisen prinzipielle Schwächen und Stärken auf. Um die jeweiligen Schwächen zu umgehen bzw. auszulöschen ist es möglich taktile und berührungslose Messverfahren miteinander zu kombinieren.
- Referenzliteratur hierzu wird nachgereicht.
- Bereits heute angewendete Messverfahren:
- – Laser-Doppler-Velocimeter – bspw. Fa. ELOVIS GmbH, Karlsruhe
- – optischen Korrelationssensor – bspw. Fa. CORRSYS-DATRON GmbH, Wetzlar
- – taktiles Messrad mit Drehgeber- bspw. Fa. Hengstler GmbH, Aldingen
- – beliebige Zylinder mit Drehgeber – bspw. Fa. Hengstler GmbH, Aldingen
- – bliebige Motoren, Schrittmotoren – bspw. Fa. ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG, Mulfingen
- Die Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren zu entwickeln, welches die Nachteile der berührungslosen Systemen bei der Messung von Geschwindigkeiten und Längen bzw. Vorschubsstrecken von bahnförmig produzierten oder transportierten Materialien, wie z.B. geringere Absolutgenauigkeit bei kurzen Messstrecken sowie bei kleinsten Messgeschwindigkeite sowie bei auftretenden Richtungswechseln und Vibrationen kompensiert, ohne die Vorteile der berührungslosen Messung zu gefährden. Besondere Wichtigkeit hierbei hatten die Kriterien: Selbstkalibrierung, Langzeitstabilität, hohe Messgenauigkeit in allen Geschwindigkeitsbereichen, Automatische Richtungs- und Stillstandserkennung, Eichfähigkeit, Manipulationssicherheit, Resistenz gegen Material Veränderungen sowie gegenüber Transport bedingten Schwankungen sowie gegenüber Umwelt-Störgrößen wie Vibration, Temperatur, Luftfeuchte,...
- Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
- 1
- berührungsloser Sensor
- 2
- berührungslose Abtastung
- 2(a)
- ausgestrahltes Licht
- 2(b)
- reflektiertes Licht
- 3
- Auswerteeinheit
- 4
- Impulsverarbeitung
- 5
- taktile Wegmessung
- 6
- zu vermessendes Material
- Beschreibung zur Zeichnung
- Der Sensorkopf des berührungslosen Messsystems (
1 ) beleuchtet die Oberfläche (6 ) des zu vermessenden Materials mit einem Laserstrahl bzw. mit strukturiertem Licht (2a ). Die Betrachtung der Reflektion (2b ) ermöglicht die Ableitung einer Messfrequenz. Daraus berechnet eine Auswerteeinheit (3 ) die aktuelle Geschwindigkeit bzw. die Warenlänge. Gleichzeitig erzeugt eine taktile Messvorrichtung (5 ) einen Weg-Impuls. Der Weg-Impuls wird über eine Impulsverarbeitung (4 ) an die Auswerteeinheit (3 ) weitergeleitet und dort entsprechend verrechnet. - Funktionsbeschreibung
- Eine taktile Messvorrichung mit Impulsgeber [siehe Zeichnung (
5 )] erfasst die Warenbewegung des zu vermessenden Materials [siehe Zeichnung (6 )] und erzeugt ein entsprechendes Impuls-Signal (Quadratursignal). Die taktile Messvorrichtung ist z.B. eine von der Ware [siehe Zeichnung (6 )] angetriebene Walze, ein Laufrad, eine Messraupe oder eine sonstige durch die Ware [siehe Zeichnung (6 )] angetriebene Einheit. Alternativ erzeugt ein Antriebsmotor diese Signale direkt. - Die Impulse der Messvorrichung mit Impulsgebers [siehe Zeichnung (
5 )] werden in der IMPULSVERARBEITUNG (IV) [siehe Zeichnung (4 )] vorzeichenrichtig und längenproportional in einem Zähler gezählt. Die Auflösung des Zählers, im Folgenden IV-Linienperiode genannt, entspricht der Anzahl der Impulse des Drehimpulsgebers pro Meter gefahrener Warenlänge. - Der Zählerstand in der IMPULSVERARBEITUNG [siehe Zeichnung (
4 )] wird vom berührungslosen Messsystem [siehe Zeichnung (1 +3 )] kontinuierlich und synchron zur eingestellten Messrate des berührungslosen Messsystems (Anzahl Einzelmessungen pro Sekunde) über eine 12C-Bus-Verbindung oder eine sonstige Verbindung ausgelesen. Die IMPULSVERARBEITUNG kann auch direkt in das Messsystem integriert werden. - Aus den Zählerständen der IMPULSVERARBEITUNG [siehe Zeichnung (
4 )] ermittelt das berührungslose Messsystem [siehe Zeichnung (1 +3 )] die Laufrichtung bzw. den Stillstand der Ware und berechnet – parallel zu der mit dem berührungslosen Messsystem gemessenen Länge – anhand der IV-Linienperiode die jeweils gefahrene IV-Länge. - In folgenden Fällen übernimmt das berührungslose Messsystem [siehe Zeichnung (
1 +3 )] die in gemessene IV-Länge: - • Im Kriechgang: Bei Geschwindigkeiten kleiner der eingestellten Minimalgeschwindigkeit des berührungslosen Messsystems. Ohne IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit wird hier Stillstand angenommen.
- • Bei Messausfällen des berührungslosen Messsystems unterhalb der eingestellten Schwellgeschwindigkeit. Ohne IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit wird hier Stillstand angenommen.
- • Bei Messausfällen des berührungslosen Messsystems oberhalb der eingestellten Schwellgeschwindigkeit, die länger als die eingestellte Latenzzeit andauern. Ohne IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit wird hier Stillstand angenommen.
- Def. Minimalgeschwindigkeit:
- Die Minimalgeschwindigkeit wird im eichtechnisch geschützten Bereich des berührungslosen Messsystems [siehe Zeichnung (
1 +3 )] eingestellt und legt die unterste Schranke fest, ab der eine vom berührungslosen Messsystem detektierte Geschwindigkeit als korrekte Messung akzeptiert wird.
Ohne IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit werden korrekte Geschwindigkeitsmessungen des berührungslosen Messsystems unterhalb der Minimalgeschwindigkeit verworfen und Stillstand detektiert.
Mit IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit werden korrekte Geschwindigkeitsmessungen des berührungslosen Messsystems unterhalb der Minimalgeschwindigkeit verworfen und die Messung wird mit IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit fortgeführt. - Def. Schwellgeschwindigkeit/Latenzzeitfilter:
- Die Schwellgeschwindigkeit wird im eichtechnisch geschützten Bereich des berührungslosen Messsystems [siehe Zeichnung (
1 +3 )] eingestellt und liegt oberhalb der eingestellten Minimalgeschwindigkeit. Die Schwellgeschwindigkeit gibt die Grenze an, ab der bei einem Messausfall die Negativbeschleunigung zum Stillstand innerhalb einer Einzelmessung oberhalb der gültigen Grenzbeschleunigung liegt. - Für den Geschwindigkeitsbereich bis zur Erreichung der Schwellgeschwindigkeit wird angenommen, dass Messausfälle durch Warenstillstand hervorgerufen wurden. (Grenzbeschleunigung wurde nicht überschritten)
Ohne IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit [siehe Zeichnung (4 )] wird bei Messausfällen des berührungslosen Messsystems Stillstand detektiert.
Mit IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit wird bei Messausfällen des berührungslosen Messsystems die Messung mit IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit fortgeführt. - Bei Geschwindigkeiten oberhalb der Schwellgeschwindigkeit des berührungslosen Messsystems [siehe Zeichnung (
1 +3 )] ist der Latenzzeitfilter aktiv. Für diesen Geschwindigkeitsbereich wird angenommen, dass einzelne Messausfälle (Grenzbeschleunigung wurde überschritten) die nicht länger als eine einstellbare Latenzzeit andauern nicht durch Warenstillstand sondern durch Störungen (z.B. Löcher in der Ware) hervorgerufen wurden.
Ohne IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit werden Messausfälle des berührungslosen Messsystems die nicht länger als eine einstellbare Latenzzeit andauern überbrückt. Liegen die Messausfälle länger als die Latenzzeit an wird ab dem ersten detektierten Messausfall Warenstillstand angenommen.
Mit IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit werden Messausfälle des berührungslosen Messsystems die nicht länger als eine einstellbare Latenzzeit andauern überbrückt. Liegen die Messausfälle länger als die Latenzzeit an wird ab dem ersten detektierten Messausfall die Messung mit IMPULSVERARBEITUNGS-Einheit fortgeführt. - Def. Eichtechnisch geschützten Bereich:
- Der eichtechnisch geschützte Bereich stellt den Teil der Systemeinstellmöglichkeiten dar, der beim Einsatz des berührungslosen Messsystems [siehe Zeichnung (
1 +3 )] in einer geeichten Längenmessmaschine für die Bedienung gesperrt wird. D.h. das Messsystem lässt dann keine Einstellungsänderungen mehr zu.
Claims (8)
- Messverfahren welches berührungslose und taktile Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit und Länge sowie zur Richtungs- und Stillstandserkennung mit dem Ziel der Optimierung der Genauigkeit der herkömmlichen Geschwindigkeits-, Längen- und Vorschubmessung an Bahnen, Bändern und Stückgütern (wie z.B. Nonwoven, Textilien, Folie, Papier, Metall, Holz, ...) nutzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein antastendes (taktiles) System mit geringer Langzeitstabilität, jedoch hoher Genauigkeit für kurze Messstrecken und kleine Geschwindigkeiten während des Messvorgangs dauerhaft mit einem berührungslosen, langzeitstabilen und schlupffreien Verfahren kalibriert wird.
- Anspruch 2 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich es sich bei dem kurzzeitstabilen, antastenden Verfahren um ein Messrad mit Drehgeber handelt und beim langzeitstabilen, berührungslosen Verfahren um ein Laser-Doppler Velocimeter handelt.
- Anspruch 3 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich es sich bei dem kurzzeitstabilen, antastenden Verfahren um einen mitlaufenden Zylinder, oder Walze mit Drehgeber und beim langzeitstabilen, berührungslosen Verfahren um ein Laser-Doppler Velocimeter handelt.
- Anspruch 4 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich es sich bei dem kurzzeitstabilen, antastenden Verfahren um einen Motor, bei dem ein Vorschubsignal abgegriffen werden kann z.B. Schrittmotor und beim langzeitstabilen, berührungslosen Verfahren ein Laser-Doppler Velocimeter handelt.
- Anspruch 5 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich es sich bei dem kurzzeitstabilen, antastenden Verfahren um ein Messrad mit Drehgeber handelt und beim langzeitstabilen, berührungslosen Verfahren um einen optischen Korrelationssensor handelt.
- Anspruch 6 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich es sich bei dem kurzzeitstabilen, antastenden Verfahren um einen mitlaufenden Zylinder, oder Rolle mit Drehgeber und beim langzeitstabilen, berührungslosen Verfahren um einen optischen Korrelationssensor handelt.
- Anspruch 7 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich es sich bei dem kurzzeitstabilen, antastenden Verfahren um einen Motor, bei dem ein Vorschubsignal abgegriffen werden kann z.B. Schrittmotor und beim langzeitstabilen, berührungslosen Verfahren um einen optischen Korrelationssensor handelt.
- Anspruch 8 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durch Plausibilitätsabfragen eine Selbstkontrolle z.B. zur automatischen Erkennung von Verschleiß- bzw. Funktionsgrenzen am taktilen sowie am berührungslosen Messsystem vorsieht.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010054324A1 (de) | 2010-01-22 | 2011-07-28 | Oerlikon Textile GmbH & Co. KG, 42897 | Vorrichtung zur Führung und Messung einer Vliesstoffbahn |
DE202010012238U1 (de) * | 2010-09-06 | 2011-12-08 | Nepata Gmbh | Vorrichtung zum Zuschnitt von folienartigen Medien |
CN103994714A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-08-20 | 浙江工业大学 | 连续式物料长度测量方法与装置 |
CN110412354A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-05 | 国网安徽省电力有限公司培训中心 | 一种电线电缆单位长度直流电阻测量装置及测量方法 |
-
2004
- 2004-11-03 DE DE200410053651 patent/DE102004053651A1/de not_active Withdrawn
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