DE102005002351A1

DE102005002351A1 - Anordnung und Verfahren zur ortsaufgelösten Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung unter Druckbelastung

Info

Publication number: DE102005002351A1
Application number: DE200510002351
Authority: DE
Inventors: Jürgen Mittag; Heiner Benning; Markus Hoock
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-07-27

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur ortsaufgelösten Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung eines Untersuchungsobjekts (14) unter vorgegebener oder einstellbarer Druckbelastung, bei der ein vorzugsweise flächiges, gegebenenfalls bahnartiges oder bogenartiges Untersuchungsobjekt zwischen einer ersten Druckbeaufschlagungsseite (16) und einer zweiten Druckbeaufschlagungsseite (18) einer Druckbeaufschlagungseinrichtung platziert oder zumindest mit einem Abschnitt eingeführt wird, bei dem ein vorgegebener oder gewählter Druck, gegebenenfalls ein im Wesentlichen verschwindender Druck, auf das Untersuchungsobjekt an zumindest einem Oberflächenbereich wenigstens einer Oberfläche des Objekts ausgeübt wird und bei dem auf optischem Wege durch zumindest eine der Druckbeaufschlagungsseiten hindurch oder von zumindest einer der Druckbeaufschlagungsseiten aus die Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung an dem Oberflächenbereich durchgeführt wird. Ferner wird bereitgestellt eine Messanordnung (10) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Messanordnung und ein Verfahren zur ortsaufgelösten Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung eines Untersuchungsobjekts. Es wird in diesem Zusammenhang vor allem, aber nicht ausschließlich, an messtechnische bzw. verfahrenstechnische Anwendungen in der Papierindustrie oder im Zusammenhang mit Druckereianwendungen gedacht, allgemeiner an Anwendungen bei Papier-, Textil-, Folien- und Gewebe- Herstellern, Papier-, Textil-; Folien- und Gewebe-Verarbeitern und Papier-, Textil-, Folien- und Gewebe-Abnehmern, sowie ausdrücklich auch an völlig andere Anwendungen, beispielsweise bei Herstellern, Verarbeitern und Abnehmern von Kunststoffprodukten (einschließlich Kunststofffolien) oder anderen Produkten, bei denen die Oberflächenstrukturen oder die Qualität von Oberflächen eine Rolle spielen.

In der Papierindustrie werden herkömmlich normalerweise berührende Verfahren verwendet, um die Papierdicke oder Kartondicke sehr genau, (beispielsweise mit einer Genauigkeit von +/– 2 μm) zu bestimmen. Standard ist ein berührendes Verfahren nach der Norm DIN 20534, bei dem zwei Druckstempel bzw. ein Druckstempel und eine untere ebene feste Auflagefläche verwendet werden und der obere Druckstempel in vertikaler Richtung bewegbar ist und mit einer mechanischen oder elektronischen, auf Grundlage der Vertikalposition des Druckstempels arbeitenden Dickenmesseinrichtung zusammenwirkt. Gemessen wird eine mittlere Dicke über eine Messfläche von beispielsweise 200 mm². Durch Ausüben eines definierten Drucks durch den oberen Druckstempel auf das Messobjekt, in der Regel ein Faserstoffbahnabschnitt oder ein Faserstoffbogen, insbesondere aus Papier oder Karton, kann die Zusammendrückbarkeit des Messobjekts unter Druckeinwirkung gemessen werden. Es ist in diesem Zusammenhang auf die Prüfvorschrift nach DIN 53105 zu verweisen.

Ferner ist es bekannt, die Oberflächenstruktur von Papier mittels eines Bildanalysators zu überprüfen bzw. zu bestimmen. Bei einer hierfür bekannten Technik wird der Lichtstrahl einer Halogenlampe über ein Glasfaserbündel in einen beispielsweise 8 cm breiten Querschnittswandler geleitet, um einen Oberflächenabschnitt, die Messfläche, gleichmäßig streifend oder schräg zu beleuchten. Durch geeignete Einstellung der streifenden Beleuchtung bzw. Schräglichtbeleuchtung wird die Oberflächenstruktur der Papierprobe unter einem Mikroskop dadurch sichtbar gemacht, dass die Oberflächentopographie des Papiers wiederspiegelnde Schlagschatten erkennbar bzw. erfassbar sind. Eine am Mikroskop angebrachte opto-elektronische Einheit erfasst die in der Art eines Tastschnittverfahrens erzeugten Schlagschatten der Oberflächentopographie des Papiers als Intensitätsschwankungen des von der Oberfläche ausgehenden Lichtes und wandelt diese in elektrische Signale um. Für eine weitere Messwertverarbeitung können diskrete oder kontinuierliche Detektorsignale beispielsweise als Graustufen digital abgespeichert werden, die die Oberflächentopographie oder Oberflächenprofile repräsentieren und entsprechend angezeigt oder ausgedruckt werden können. Da die Oberflächentopographie nur sehr indirekt über Intensitäten bzw. Intensitätsgradienten von Schlagschatten bestimmt wird, kann für diese Messtechnik keine sonderlich große Auflösung in lateraler Richtung und in Höhenrichtung erwartet werden.

In der Entwicklung und Prüfung von Produkten, beispielsweise von hier besonders interessierenden flächigen Messobjekten, wird allgemein eine Dickenmessung oder Höhenmessung bzw. Profil- bzw. Topographieerfassung mit hoher lateraler Auflösung gewünscht, die auch die Berechnung eines lokalen spezifischen Volumens ermöglicht. Es stehen optische Messverfahren zur Verfügung, die solche Messungen ermöglichen, mit von den Details des Messverfahrens und dessen Implementierung abhängiger Auflösung in Höhenrichtung und in lateraler Richtung. Theoretisch können drei grundlegende Messprinzipien bzw. drei grundlegende Typen von so genannten 2D-Sensoren bzw. 3D-Sensoren unterschieden werden, nämlich zum einen so genannte Triangulationsmesstechniken, oder Triangulationssensoren, wie so genannte Laser-Scanner, so genannte Auto-Fokus-Sensoren, Sensoren, die die chromatische Appartation ausnutzen, so genannte konfokale Sensoren und konfokale Mikroskopie, die Shearing-Interterometrie (so genannte „Konoskopie" und so genannte Streifenprojektionssensoren oder phasenmessende Triangulationssensoren, um die besonders relevanten Techniken bzw. Sensoren zu erwähnen. Ein weiteres (zweites) grundlegendes Messprinzip ist die Weißlicht-Interterometrie an rauen Oberflächen, auch Speckle-Interferometrie genannt. Bei der Messung an blanken Freiformflächen ist ferner die so genannte Deflektometrie von besonderer Bedeutung, das dritte grundlegende Messprinzip. In einer mehr aus der Anwendungspraxis kommenden Betrachtung werden die Messtechniken und Sensoren nach dem ersten Grundprinzip in der Regel allerdings als eigenständige, voneinander zu unterscheidende Messtechniken bzw. Sensortypen angesehen. Die Ausführungen hier schließen sich im Folgenden dieser Betrachtungsweise an, so dass etwa ein Triangulationssensor etwas anderes ist als ein konfokaler Sensor oder chromatischer Sensor.

Praktische Bedeutung haben insbesondere auf dem Streifenprojektionsverfahren beruhende Sensoren, die für sehr schnelle, ortsaufgelöste und genaue Topographiemessungen in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Bei dieser Messtechnik bzw. diesem Sensor wird ein Streifenmuster auf das Messobjekt projiziert und unter einem bestimmten Winkel zur Projektionsrichtung wird dieses Muster durch eine Sensoranordnung erfasst. Änderungen der lokalen Objekthöhe führen zu Verzerrungen des Streifenmusters in dieser Betrachtungsrichtung, aus denen die Oberflächentopographie oder wenigstens ein Oberflächenprofil des Messobjekts berechnet wird.

Bei einem Triangulationsmessverfahren bzw. einem Triangulationssensor im engeren Sinne wird der Abstand eines Oberflächenabschnitts oder Punkts der Probe zu einem Sensor über den Winkel eines reflektierten Lichtstrahls bestimmt. Durch Einsatz einer Linienoptik können zweidimensional Profile auf unterschiedlichsten Objektoberflächen erfasst werden. Bei bewegten Objekten bzw. durch Traversierung des Sensors sind 3D-Erfassungen möglich. Es werden auch Punktsensoren eingesetzt, bei denen durch Traversieren entlang einer Richtung 2D-Profile und Traversieren in zwei vorzugsweise zueinander orthogonale Richtungen 3D-Topographien von Oberflächen erfasst werden können. Durch so genannte Doppeltriangulation können Messfehler vermieden und besonders hohe Auflösungen erreicht werden.

Verwendung finden ferner so genannte Autofokussensoren, die in der Regel nach dem Prinzip der so genannten „dynamischen Fokussierung" arbeiten. Dabei wird ein das Messlicht, in der Regel Laserlicht, fokussierendes Sensorobjektiv an die Oberfläche eines Messobjekts angenähert, bis der Messlichtfleck auf der Oberfläche fokussiert ist. Beim Abtasten der Oberfläche wird dann durch Verfahren des Sensorobjektivs der Messfleck der Objekthöhe nachgeführt. Die mit hoher Genauigkeit gemessene Änderung der Objektivposition gibt die Oberflächenhöhe wieder. Durch Traversieren in einer Richtung sind 2D-Profile und durch Traversieren in zwei Richtungen sind 3D-Oberflächentopographien erfassbar.

Bei einem so genannten konfokalen Sensor oder Konfokalsensor oszilliert ein Sensorobjektiv des Sensors, mit dem Messlicht, in der Regel ein Laserstrahl, zum Messobjekt fokussiert wird. Entsprechend der momentanen Höhenpositon des Sensorobjektivs ändert sich die Lage bzw. der Durchmesser und die Intensität des Messflecks. Liegt der Fokus gerade auf der Oberfläche des Messobjekts, erfasst der Sensor ein Maximum des an der Oberfläche zurück gestreuten Lichts. Aus der zugehörigen Objektivlage, die während der Oszillation mit je nach gewünschtem Auflösungsvermögen entsprechender Präzision gemessen wird, wird die Objekthöhe an einem jeweiligen Messpunkt bestimmt. Durch Traversieren lassen sich 2D-Profile und 3D-Topographien der Oberfläche erfassen.

Ferner lässt sich mittels eines konfokalen Mikroskops berührungslos die Mikrogeometrie verschiedenartigster Oberfläche aufnehmen. Es sind Oberflächenmessungen mit höchster Auflösung sowohl lateral als auch in der Höhe möglich, und zwar als Flächenmessungen. Man kann insbesondere auch Topographien von schwach reflektierenden, stark strukturierten Messobjekten aufnehmen. Eine solche Topographiemessung beruht auf einer konfokalen Abbildung der Oberfläche, mit der eine sehr hohe Tiefenauflösung erreicht werden kann. Ein Detektorfeld oder eine Kamera erfasst in der konfokalen Abbildung immer nur eine dünne Höhenschicht der Topographie. Durch Verfahren des mikroskopischen Sensor werden nacheinander alle Höhenschichten der zu vermessenden Oberfläche erfasst, und es kann dann hieraus rechnerisch die Topographie zusammengesetzt werden.

Bei einer so genannten konoskopischen Abstandsmessung wird Messlicht, in der Regel ein Laserstrahl, durch den konoskopischen Sensor auf die Oberfläche des Messobjekts gerichtet. Das an der Oberfläche gestreute und vom Messkopf erfasste Licht tritt in einen doppelt brechenden Kristall ein. Aus unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten eines ordentlichen und außerordentlichen Strahls erhält man zwei Wellenfronten, die auf einem Analysator interferieren. Aus dem Interferenzbild ist der Abstand zum Messobjekt bzw. die lokale Höhe des Messobjekts bestimmbar. Es können Messungen an stark absorbierenden wie auch an reflektierenden Materialien, mit starker Struktur oder Rauigkeit, durchgeführt werden. Durch regelmäßig koaxial erfolgende Punktmessung können bei entsprechender Abtastung bzw. entsprechendem Traversieren 2D-Profile und 3D-Topographien erfasst werden.

Besonders große praktische Bedeutung hat ferner eine Abstands-, Höhen- bzw. Dicken- oder Schichtdickenmessung nach dem so genannten chromatischen Prinzip. Ein chromatischer Sensor kann mit hoher Auflösung und Genauigkeit berührungslos die Oberfläche eines Messobjekts erfassen, und kann dabei auf praktisch allen Oberflächen, unabhängig vom Reflektionsvermögen, von der Rauheit oder Farbe, arbeiten.

Eine solche chromatische Messung nutzt die beispielsweise in einer Spezialoptik auftretende chromatische Längsabberation aus. Es wird Vielfarbenlicht, vorzugsweise weißes Licht, etwa mittels eines Messkopfs mit stark wellenlängen abhängiger Brennweite auf die Oberfläche fokussiert. Da der Fokusabstand, in dem ein scharfer Messfleck entsteht, stark mit der Wellenlänge variiert (beispielsweise ist der Fokusabstand für blaues Licht kleiner als für rotes Licht), entsteht auf der Oberfläche, die sich innerhalb des Messbereichs befindet, ein scharfer Messfleck nur für eine bestimmte Wellenlänge, und es wird genau bei dieser Wellenlänge ein Maximum an Licht in den Messkopf zurückgekoppelt. Das Spektrum des an der Oberfläche gestreuten Lichts zeigt deswegen in einem Spektrometer einen Peak, aus dessen Wellenlänge die lokale Höhe der Probenoberfläche bzw. Probendicke bestimmt wird. Man kann sehr kleine Messflecken mit entsprechend hoher Ortsauflösung vorsehen. Die Messung erfolgt regelmäßig koaxial, so dass Abschattungseffekte vermieden werden. Ein solcher Sensor kann an transparenten, hoch spiegelnden oder auch schwarzen Oberflächen arbeiten. Bei transparenten Schicht-Materialien kann neben einer Positions- und Abstandsmessung auch eine einseitige Dickenmessung erfolgen.

In diesem Zusammenhang sollte auch ein so genannter chromatischer Schichtdickensensor erwähnt werden, bei dem die Schichtdickenmessung auf der spektralen Auswertung der Überlagerung von an den Grenzflächen einer Schicht reflektierten Teilwellen beruht. Ein solcher von dem zuvor erwähnten chromatischen Sensor zu unterscheidender Sensor basiert also auf einem interferrometrischen Messprinzip.

Auch in der Forschung und Entwicklung innerhalb der Papierindustrie hat man sich schon für die Verteilung von Masse, Dicke und Dichte in Papier, insbesondere das lokale Flächengewicht und die lokale Dicke von Papier interessiert. Es wird hierzu auf den Fachbericht „On the distributions of mass, thickness and density in paper", C.T.J. Dodson, Y. Oba und W.W. Sampson, Appita Journal, Vol 54(4), 2001, verwiesen. In diesem Fachbericht wird auf eine Technik zur Messung der Dicke kleiner Zonen Bezug genommen, bei der ein Paar von einander gegenüberliegenden sphärischen Druckplatten verwendet wird, die eine Messung der Papierdicke im direkten Kontakt ermöglichen. Es wurde eine Abhängigkeit der genannten Dicke von der Messkraft, also dem auf das Papier ausgeübten Drucks, beobachtet.

Ferner nimmt dieser Fachbericht auf ein gegenüber der oben angesprochenen Schlagschattenmessung andersartige kontaktlose Messtechnik Bezug, bei der unter der Verwendung einer zweiseitigen Lasertriangulationstechnik eine Dickenverteilung der Oberfläche gemessen werden kann.

Die etwa zur Erfassung einer Zusammendrückbarkeit dienende Dickenmessung oder Höhenmessung erfordert einen Kontakt zwischen dem Messobjekt einerseits und einer Druckstempelanordnung oder allgemein einer Druckbeaufschlagungseinrichtung andererseits. Es sollte nicht nur die Bestimmung eines Mittelwerts über eine vergleichsweise große Messfläche, etwa nach den oben angesprochenen DIN-Normen, möglich sein, sondern auch mit einer Ortsauflösung erfolgen können, etwa unter Verwendung der im Fachbericht angesprochenen, einander gegenüberliegenden sphärischen Druckplatten. Nach dem zitierten Fachbericht ist eine Messung auf einer 150 μm Skala möglich.

Grundsätzlich besteht beispielsweise im Zusammenhang mit graphischen Papieren in der Papierindustrie bzw. Druckindustrie ein Bedarf für Messungen mit hoher lateraler Auflösung unter gleichzeitiger Druckbelastung. Es bietet sich an, den Ansatz mit den sphärischen Druckplatten mit dieser Zielsetzung weiter zu entwickeln und beispielsweise zu noch kleinere Kontaktbereiche aufweisenden Messsonden überzugehen, die berührend den Druck ausüben und die resultierende Höhe oder Dicke lokal messen. Eine zwingend berührend erfolgende Druckausübung scheint der Anwendung einer berührungslosen Höhen- oder Dicken-Messtechnik entgegen zu stehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Messsystem bzw. eine Messtechnik bzw. ein Messverfahren zur Dickenmessung bzw. Höhenmessung bzw. Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung mit hoher lateraler Auflösung unter während der Messung erfolgender Druckbelastung bereitzustellen. Es sollen also eine vergleichsweise hohe laterale Auflösung und eine gleichzeitige Druckbelastung des Messobjekts bzw. der Messobjektoberfläche in einer Messung vereinigt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine optische Messanordnung zur ortsaufgelösten Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung eines Untersuchungsobjekts unter vorgegebener und einstellbarer Druckbelastung bereit, umfassend: eine Druckbeaufschlagungseinrichtung mit einer ersten Druckbeaufschlagungsseite und einer zweiten Druckbeaufschlagungsseite, zwischen denen das Untersuchungsobjekt plazierbar oder durchführbar oder einführbar ist und mittels der das Objekt an zumindest einem Objektflächenbereich wenigstens einer Oberfläche des Objekts, welchem Oberflächenbereich eine zumindest zu einem Teilbereich des Oberflächenbereichs im Wesentlichen orthogonale Hochachse zugeordnet werden kann, unter einen vorgegebenen oder einstellbaren Druck setzbar ist; wenigstens eine optische Sensoreinrichtung, die wenigstens einen von mindestens einem Lichtsender ausgehenden Sendestrahlengang und wenigstens einen zu mindestens einem Lichtempfänger führenden Empfangsstrahlengang aufweist, wobei der Lichtsender oder wenigstens eine dem Sendestrahlengang zugeordnete optische Komponente und der Lichtempfänger oder wenigstens eine dem Empfangsstrahlengang zugeordnete optische Komponente derart in eine zugeordnete der Druckbeaufschlagungsseiten integriert oder derart in Bezug auf eine zugeordnete, zumindest bereichsweise lichtdurchlässig ausgeführte der Druckbeaufschlagungsseiten angeordnet sind, dass vom Lichtsender ausgegebenes Messlicht über den Sendestrahlengang gegen den unter Druck setzbaren oder gesetzten Objektflächenbereich strahlbar ist und dass von dem Objektflächenbereich ausgehendes, auf einer Streuung oder Reflektion des Messlichts am Oberflächenbereich beruhendes Licht über den Empfangsstrahlengang von dem Lichtempfänger empfangbar ist, wobei die optische Sensoreinrichtung dafür ausgeführt ist, dass das vom Lichtempfänger empfangene Licht hinsichtlich wenigstens einem Lichtparameter oder/und einer räumlichen oder/und spektralen Lichtverteilung bezogen auf eine vorgegebene oder momentan eingestellte Konfiguration der Strahlengänge von einer Dicke oder einem Dickengradient des Untersuchungsobjekts an zumindest einer Messstelle des Objektflächenbereichs oder von einer Höhe oder einem Höhengradient des Untersuchungsobjekts in Richtung der Hochachse an zumindest einer Messstelle des Objektflächenbereichs oder von wenigstens einem Oberflächenprofil oder von einer Oberflächentopographie des Untersuchungsobjekts im Objektflächenbereich abhängt oder Rückschlüsse hierauf erlaubt.

Die Erfindung stellt in diesem Zusammenhang ferner bereit Verfahren zur ortsaufgelösten Dicken- oder oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung eines Untersuchungsobjekts unter vorgegebener oder einstellbarer Druckbelastung, bei der ein vorzugsweise flächiges, gegebenenfalls bahnartiges oder bogenartiges Untersuchungsobjekt zwischen einer ersten Druckbeaufschlagungsseite und einer zweiten Druckbeaufschlagungsseite einer Druckbeaufschlagungseinrichtung platziert oder zumindest mit einem Abschnitt eingeführt wird, bei dem ein vorgegebener oder gewählter Druck, gegebenenfalls ein im Wesentlichen verschwindender Druck, auf das Untersuchungsobjekt an zumindest einem Oberflächenbereich wenigstens einer Oberfläche des Objekts ausgeübt wird, und bei dem auf optischem Wege durch zumindest eine der Druckbeaufschlagungsseiten hindurch oder von zumindest einer der Druckbeaufschlagungsseiten aus die Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung an dem Oberflächenbereich durchgeführt wird.

Entgegen dem auf den ersten Blick bestehenden Widerspruch zwischen dem Messprinzip „berührend" einerseits und dem Messprinzip „berührungslos" andererseits schlägt die Erfindung vor, eine berührende Druckausübung durch die Druckbeaufschlagungsseite bzw. Druckbeaufschlagungsseiten der Druckbeaufschlagungseinrichtung mit einem inhärent berührungslosen optischen Messverfahren zu kombinieren, indem die optische Messung der unter der Druckbelastung, wahlweise ggf. auch ohne Druckbelastung, resultierenden Dicke oder Höhe bzw. die Erfassung wenigstens eines Oberflächenprofils oder der Oberflächentopographie unter der Druckbelastung, wahlweise ggf. auch ohne Druckbelastung, durch eine jeweilige Druckbeaufschlagungsseite durch oder von dieser ausgehend erfolgt.

Wie sich aus der obigen Diskussion verschiedener optischer Messtechniken, auf deren Grundlage die optische Messanordnung bzw. das Mess- bzw. Erfassungsverfahren implementierbar ist, wird hier, möglicherweise in Abweichung von dem Sprachgebrauch anderer, unter einem „Oberflächenprofil" in erster Linie ein Oberflächenverlauf entsprechend einem senkrechten Schnitt durch die Oberfläche oder entlang einer Linie der Oberfläche oder in einem möglicherweise auch eine gewisse Breite auf der Oberfläche weisenden Streifen verstanden, so dass das Oberflächenprofil also vor allem Informationen über den zweidimensionalen Oberflächenverlauf, ggf. aber auch entlang einer gekrümmten oder Seitenversätze aufweisender Linie (und damit insoweit möglicherweise auch begrenzte dreidimensionale Informationen enthaltend) gibt. Demgegenüber wird bei dem Begriff „Oberflächentopographie" in Übereinstimmung mit dem wohl überall üblichen Sprachgebrauch auf die dreidimensionale Gestalt der Oberfläche in bzw. über einen Flächenbereich gedacht.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Druckbeaufschlagungseinrichtung, deren eine Druckbeaufschlagungsseite, in der Regel wohl eine untere Druckbeaufschlagungsseite, einfach nur ein als Widerlager dienender, selbst nicht vertikal bewegbarer Objektträger oder Auflagetisch sein könnte, kann auf die zu vermessende bzw. zu erfassende Oberfläche gezielt ein Druck mit gewünschter Druckeinwirkungsgeometrie ausgeübt werden, insbesondere eine flächige, gewünschtenfalls plane Druckeinwirkung, wenn gewünscht über einen Oberflächenbereich, der in beiden in Betracht kommenden lateralen Dimensionen wesentlich größer ist als ein der lateralen Auflösung bei der Vermessung der Oberfläche bzw. der Erfassung der Oberfläche auf optischem Wege entsprechendes Oberflächenelement. Es kann sogar vorgesehen sein, dass die Größe des Oberflächenbereichs, in dem flächig, ggf. planar Druck auf die Oberfläche ausgeübt wird, deutlich größer ist als ein Abtast- oder Traversierbereich, in dem für eine gegebene Anordnung des Messobjekts zwischen den Druckbeaufschlagungsseiten Messungen oder Erfassungen durchführbar sind. Verfälschungen aufgrund eines lateralen Ausweichens von Material im Falle eines eine kleine Druckfläche aufweisenden, selbst zur Höhen- bzw. Dickenmessung dienenden Druckstempels oder Druckstifts werden so sicher vermieden.

Die optische Detektion auf auf verschiedenen Abhängigkeiten des vom Lichtempfänger empfangenen Lichts von der Gestalt der Oberfläche beruhen und insoweit Rückschlüsse auf die Oberflächengestalt erlauben. Man kann Intensitäten oder räumliche oder/und spektrale Intensitätsverteilungen, etwa auf einem Detektorfeld bzw. in einem Spektrum, Wellenlängen oder räumliche und/oder intensitätsmäßige Wellenlängenverteilungen, etwa auf einem Detektor oder in einem Spektrum, direkt oder indirekt detektierte Phasen und geometrische Strahlbündelverläufe der Vermessung bzw. Erfassung zugrunde legen.

Bevorzugt umfasst die optische Messanordnung eine elektronische Auswerteeinrichtung, die mit der optischen Sensoreinrichtung zusammenwirkt, wobei die Auswerteeinrichtung dafür ausgeführt ist, auf Strahlengangkonfigurationszustände der Sensoreinrichtung oder/und auf von dem Lichtempfänger empfangenes Licht anzusprechen und hieraus ortsaufgelöst, für zumindest eine Messstelle des Objektflächenbereichs, eine Dicke oder ein Dickengradient des Untersuchungsobjekts oder eine Höhe oder eine Höhengradient des Untersuchungsobjekts in Richtung der Hochachse zu bestimmen oder hieraus ortsaufgelöst wenigstens ein Oberflächenprofil oder eine Oberflächentopographie des Untersuchungsobjekts im Objektflächenbereich zu bestimmen.

Die optische Sensoreinrichtung bzw. die optische Sensoreinrichtung und die elektronische Auswerteeinrichtung kann/können dafür ausgeführt sein, dass auf Grundlage von für eine relative Positionierung in einer zur Hochachse orthogonalen Richtung zwischen dem Untersuchungsobjekt einerseits und zumindest einem der Strahlengänge andererseits von dem Lichtempfänger empfangenen Lichts wenigstens ein Oberflächenprofil oder die Oberflächentopographie bestimmbar ist. Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Sensoreinrichtung und – wenn vorgesehen – die elektronische Auswerteeinrichtung dafür ausgeführt ist/sind, dass auf Grundlage von für mehrere verschiedene, in einer zur Hochachse orthogonalen Relativverstellungsrichtung gegeneinander versetzte derartige relative Positionierungen bestimmten Oberflächenprofilen die Oberflächentopographie bestimmbar ist.

Eine andere Möglichkeit ist, dass die optische Sensoreinrichtung bzw. die optische Sensoreinrichtung und die elektronische Auswerteeinrichtung dafür ausgeführt ist/sind, dass auf Grundlage von für eine relative Positionierung in einer zur Hochachse orthogonalen Richtung zwischen dem Untersuchungsobjekt einerseits und wenigstens einem der Strahlengänge andererseits von dem Lichtempfänger empfangenen Lichts ein Dickenwert oder Dickengradientwert oder ein Höhenwert oder Höhengradientwert an wenigstens einer Messstelle des Objektflächenbereichs bestimmbar ist. Es wird insbesondere an eine punktuelle Messung auf der Oberfläche gedacht.

Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass die optische Messeinrichtung und – wenn vorgesehen – die elektronische Auswerteeinrichtung dafür ausgeführt ist/sind, dass auf Grundlage von für mehrere verschiedene, in einer zur Hochachse orthogonalen Relativverstellungsrichtung gegeneinander versetzte derartige relative Positionierungen bestimmten Dickenwerten oder Dickengradientwerten oder Höhenwerten oder Höhengradientwerten wenigstens ein Oberflächenprofil bestimmbar ist. Ferner wird vorgeschlagen, dass die optische Messeinrichtung und – wenn vorgesehen – die elektronische Auswerteeinrichtung dafür ausgeführt ist/sind, dass auf Grundlage von für mehrere verschiedene, in wenigstens zwei verschiedene zur Hochachse orthogonale Relativverstellungsrichtungen gegeneinander versetzte derartige Positionierungen bestimmten Dickenwerten oder Dickengradientwerten oder Höhenwerten oder Höhengradientwerten die Oberflächentopographie bestimmbar ist. Auch bei einer punktuellen Messung können so durch eindimensionales oder zweidimensionales Abtasten oder Traversieren Oberflächenprofile und Oberflächentopographien bestimmt werden.

Einige zweckmäßige Ausführungsmöglichkeiten zeichnen sich dadurch aus, dass der Sendestrahlengang und der Empfangsstrahlengang zumindest in einem sich an den Oberflächenbereich anschließenden jeweiligen Strahlengangabschnitt koaxial verlaufen oder zumindest in den sich an den Oberflächenbereich anschließenden jeweiligen Strahlangangabschnitten im Wesentlichen zusammenfallen. Man kann dann vorteilhaft vorsehen, dass der sich an den Oberflächenbereich anschließende Strahlengangabschnitt im Wesentlichen koaxial oder parallel zur Hochachse verläuft.

Andere in Betracht kommende Ausführungsmöglichkeiten zeichnen sich dadurch aus, dass der Sendestrahlengang und der Empfangsstrahlengang zumindest in einem sich an den Oberflächenbereich anschließenden jeweiligen Strahlangangabschnitt unter einem Winkel zueinander verlaufen. Dabei können die beiden Strahlengänge beide sich jeweils unter einem Winkel zur Hochachse erstrecken, oder einer der Strahlengänge verläuft koaxial oder parallel zur Hochachse und der andere Strahlengang verläuft schräg oder streifend zur Oberfläche.

Besonders gut geeignete optische Sensoranordnungen sehen eine Erfassung der Höhe oder des Höhengradienten oder der Dicke oder des Dickengradienten an einer jeweiligen Messstelle im Wege einer Abstandsmessung oder Wegmessung oder Positionsmessung auf Grundlage der Erfassung oder Einstellung einer Fokussierung des Messlichts oder eines Wellenlängenanteils des Messlichts auf dem Oberflächenbereich vor. Es wird in diesem Zusammenhang beispielsweise daran gedacht, dass die optische Sensoranordnung als konfokale Sensoranordnung oder chromatische oder konfokal chromatische Sensoranordnung oder Autofokus-Sensoranordnung ausgeführt ist.

Die optische Sensoranordnung kann eine Erfassung der Höhe oder des Höhengradienten oder der Dicke oder des Dickengradienten an einer jeweiligen Messstelle im Wege einer Abstandsmessung oder Wegmessung oder Positionsmessung auf Grundlage der Erfassung oder Einstellung einer konfokalen Abbildung zwischen dem Oberflächenbereich und dem Lichtempfänger vorsehen. Beispielsweise kann ein konfokales Mikroskop die optische Sensoranordnung umfassen oder bilden.

Als geeignet kommen auch optische Sensoranordnungen in Betracht, die eine Erfassung der Höhe oder des Höhengradienten oder der Dicke oder des Dickengradienten an einer jeweiligen Messstelle oder von Höhenwerten oder Höhengradientwerten oder Dickenwerten oder Dickengradientwerten eines Oberflächenprofils entlang wenigstens eines linienförmigen oder streifenförmigen Teilbereichs des Oberflächenbereichs vorsehen, etwa im Wege einer Abstandsmessung oder Wegmessung oder Positonsmessung auf Grundlage eines resultierenden Winkels oder resultierender Winkel zwischen einem oder mehreren Messlichtstrahlenbündeln einerseits und einem oder mehreren von dem Oberflächenbereich ausgehenden, auf einer Streuung oder Reflektion des Messlicht-Strahlenbündels bzw. der Messlicht-Strahlenbündel am Oberflächenbereich beruhenden Licht-Strahlenbündeln andererseits.

Die optische Messanordnung kann sich insbesondere auch durch eine optische Sensoranordnung auszeichnen, die eine Erfassung der Höhe oder Dicke an einer jeweiligen Messstelle oder von Höhenwerten oder Höhengradientwerten oder Dickenwerten oder Dickengradientwerten eines Oberflächenprofils entlang wenigstens eines linienförmigen oder streifenförmigen Teilbereichs des Oberflächenbereichs auf Grundlage der Projektion eines wenigstens eine Linie aufweisenden Lichtmusters über den Sendestrahlengang auf den Oberflächenbereich und der Erfassung wenigstens eines über den Empfangsstrahlengang unter einem Winkel zu wenigstens einem die Linie definierenden Projektionsstrahlenbündel auf den Lichtempfänger abgebildeten Linienbilds vorsieht.

Beispiele von an einem resultierenden Winkel bzw. resultierenden Winkeln anknüpfen oder/und Linienmuster auf den Oberflächenbereich projizierender Sensoren wurden oben erwähnt. Die optische Sensoranordnung kann insbesondere vorteilhaft als Triangulations-Sensoranordnung oder Streifenprojektions-Sensoranordnung ausgeführt sein.

In Betracht kommt ferner auch die Ausführung der optischen Messanordnung mit einer optischen Sensoranordnung, die eine Erfassung der Höhe oder des Höhengradienten oder der Dicke oder des Dickengradienten an einer jeweiligen Messstelle oder von Höhenwerten oder Höhengradientwerten oder Dickenwerten oder Dickengradientwerten eines Oberflächenprofils entlang wenigstens eines linienförmigen oder streifenförmigen Teilbereichs des Oberflächenbereichs auf Grundlage einer schrägen oder streifenden Beleuchtung des Oberflächenbereichs mit Messlicht über den Sendestrahlengang und einer Erfassung von resultierenden Schlagschatten auf dem Oberflächenbereich als Intensitäten oder Intensitätsgradienten des von dem Oberflächenbereich ausgehenden Lichts über den unter einem Winkel zum Sendestrahlengang, vorzugsweise zur Hochachse im Wesentlichen koaxial oder parallel verlaufenden Empfangsstrahlengang vorsieht. Es wird beispielsweise an Messungen entsprechend oder ähnlich der oben erwähnten Schlagschatten-Detektion gedacht.

Es wird vor allem (aber nicht ausschließlich) daran gedacht, dass die optische Messanordnung für Messungen an einem flächigen oder bogen- oder bahnartigen Untersuchungsobjekt vorgesehen ist und entsprechend ausgeführt ist. Es wird beispielsweise an Messungen an einer Materialbahn oder einem Materialbahnabschnitt oder einem Materialbahnbogen, insbesondere Faserstoffbahn oder Faserstoffbahnabschnitt oder Faserstoffbogen, gedacht, wie sie/er in der Papierindustrie oder Druckerei Anwendungen auftritt, insbesondere aus Papier oder Karton.

Zweckmäßig kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei optische Sensoreinrichtungen vorgesehen sind, von denen die eine erste der ersten Druckbeaufschlagungsseite zugeordnet ist, um auf eine erste Oberflächenseite des Untersuchungsobjekts anzusprechen, und von denen eine zweite der zweiten Druckbeaufschlagungsseite zugeordnet sind, um auf eine zweite, zur ersten Oberflächenseite entgegengesetzte Oberflächenseite des Untersuchungsobjekts anzusprechen. Es können dann gleichzeitig oder in enger zeitlicher Nähe beide Oberfächen des flächigen oder bogen- oder bahnartigen Untersuchungsobjekts vermessen bzw. erfasst werden, ohne dass das Untersuchungsobjekt umgedreht oder in zwei verschiedenen optischen Messanordnungen platziert werden muss bzw. diese durchlaufen muss.

Betreffend die Druckbeaufschlagungsseiten oder zumindest die der optischen Sensoranordnung zugeordnete der Druckbeaufschlagungsseiten wird vorgeschlagen, dass diese dafür aufgeführt ist/sind, mittels einer starren Oberfläche einen vorzugsweise zumindest näherungsweise flächigen, höchstvorzugsweise einer planen oder einer kreiszylindrischen Druckfläche entsprechenden Druck auf den Oberflächenbereich auszuüben. Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Druckbeaufschlagungsseiten oder zumindest die der optischen Sensoranordnung zugeordnete Druckbeaufschlagungsseiten dafür ausgeführt ist, mittels einer nachgiebigen, vorzugsweise elastisch nachgiebigen Oberfläche einen vorzugsweise zumindest näherungsweise flächigen, höchstvorzugsweise einer planen oder einer kreiszylindrischen Druckfläche entsprechenden Druck auf den Oberflächenbereich auszuüben. Man kann eine optische Messanordnung bzw. deren Druckbeaufschlagungseinrichtung so ausführen, dass wenigstens eine der Druckbeaufschlagungsseiten auswechselbar ist, um entweder den Druck mittels einer starren Oberfläche oder mittels einer nachgiebigen Oberfläche auszuführen.

Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass im Falle nur einer einer der Druckbeaufschlagungsseiten zugeordneten optischen Sensoranordnung die andere Druckbeaufschlagungsseite dafür ausgeführt ist, mittels einer starren Oberfläche einen vorzugsweise zumindest näherungsweise flächigen, höchstvorzugsweise einer planen oder einer kreiszylindrischen Druckfläche entsprechenden Druck auf den Oberflächenbereich auszuüben. Alternativ oder – bei einer Auswechselbarkeit der anderen Druckbeaufschlagungsseite wahlweise zusätzlich – wird vorgeschlagen, dass im Falle nur einer einer der Druckbeaufschlagungsseiten zugeordneten optischen Sensoranordnung die andere Druckbeaufschlagungsseite dafür ausgeführt ist, mittels einer nachgiebigen, vorzugsweise elastisch nachgiebigen Oberfläche einen vorzugsweise zumindest näherungsweise flächigen, höchstvorzugsweise einer planen oder einer kreiszylindrischen Druckfläche entsprechenden Druck auf den Oberflächenbereich auszuüben.

Die verschiedenen, hier angesprochenen Ausgestaltungen der Druckbeaufschlagungsseiten ermöglichen beispielsweise die Simulation von in einer Produktion oder einer Anwendung auftretenden Arten der Druckausübung auf das Messobjekt bzw. eines in der Simulation durch das Messobjekt repräsentierten Produkts oder Zwischenprodukts. Es kann also insbesondere eine starre einebende flächige Druckbelastung oder eine nicht einebende/homogene flächige Druckbelastung (ggf. vermittels einer transparenten Weichfolie) realisiert werden, gewünschtenfalls unter Simulation auftretender bzw. zu untersuchender Trocken-, Feuchte- und Nässezustände, verschiedener Temperaturzustände und verschiedener Umgebungsdruck-Zustände, allgemein beliebiger die Materialeigenschaften bzw. Oberflächeneigenschaften und Oberfächenstruktur beeinflussender Zustände.

Für manche Untersuchungen und Anwendungen ist es besonders günstig, wenn die Druckbeaufschlagungseinrichtung wenigstens eine zu einer der Druckbeaufschlagungsseiten zugehörige Druckplatte oder/und wenigstens einen zu einer der Druckbeaufschlagungsseiten zugehörigen Druckstempel umfasst. Für andere Anwendungen und Untersuchungssituationen ist es demgegenüber besonders zweckmäßig, wenn die Druckbeaufschlagungseinrichtung wenigstens eine zu einer der Druckbeaufschlagungsseiten zugehörige, um eine Längsachse drehbar angeordnete, gewünschtenfalls durch einen Antrieb um die Längsachse in Drehung versetzbare Druckwalze umfasst. Die Druckplatte bzw. der Druckstempel bzw. die Druckwalze können der optischen Sensoreinrichtung zugeordnet bzw. zugehörig sein. In diesem Fall kann die Druckplatte bzw. kann der Druckstempel bzw. kann die Druckwalze zumindest bereichsweise lichtdurchlässig ausgeführt sein.

Es wird speziell daran gedacht, dass wenigstens eine der Druckbeaufschlagungsseiten hinsichtlich wenigstens einer Eigenschaft oder auf das flächige Untersuchungsobjekt ausgeübten Wirkung einer in einer Maschine zur Herstellung oder/und Behandlung einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, gegebenenfalls aus Papier oder Karton, regelmäßig vorkommenden, auf die laufende Materialbahn berührend wirkenden Komponente nachgebildet ist, beispielsweise für Simulationszwecke wie angesprochen.

Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten eröffnen sich dann, wenn die optische Messanordnung für Messungen an einem bahnartigen, in einer Bahnlaufrichtung laufenden Untersuchungsobjekt vorgesehen und entsprechend geeignet ist. Es wird beispielsweise an Messungen an einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn, gedacht, wie sie in der Papierindustrie oder bei Druckereianwendungen auftritt, insbesondere an eine Faserstoffbahn aus Papier oder Karton. Insbesondere in diesem Zusammenhang, auch allgemein, wird daran gedacht, dass die optische Messanordnung Teil einer Maschine zur Herstellung oder/und Behandlung einer laufenden Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, ggf. aus Papier oder Karton ist oder zum Einbau in eine solche Maschine vorgesehen ist.

Die Erfindung stellt ferner bereit eine Maschine zur Herstellung oder/und Behandlung einer laufenden Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, gegebenenfalls aus Papier oder Karton, mit einer optischen Messanordnung nach der Erfindung, die dafür vorgesehen und ausgeführt ist, mittels der wenigstens einen optischen Sensoreinrichtung ortsaufgelöste Dicken- oder Höhenmessungen oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassungen an der Materialbahn unter Druckbelastung durchzuführen. In diesem Zusammenhang wird als besonders zweckmäßig daran gedacht, dass wenigstens eine der Druckbeaufschlagungsseiten als Materialbahnbehandlungskomponente oder Materialbahnführungskomponente dient.

Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass eine gegebenfalls die elektronische Auswerteeinrichtung umfassende Steuer/Regeleinheit Messergebnisdaten oder Messergebnissignale von der optischen Sensoreinrichtung oder der gegenüber der Steuer-/Regeleinheit gesonderten elektronischen Auswerteeinrichtung empfängt und auf Grundlage dieser Messergebnisdaten oder Messergebnissignale eine in Laufrichtung der Materialbahn nachfolgende, von der Materialbahn noch nicht passierte Maschineneinrichtung oder Maschinenkomponente direkt oder indirekt ansteuert oder/und auf Grundlage dieser Messergebnisdaten oder Messergebnissignale eine in Laufrichtung der Materialbahn vorausgehende, von der Materialbahn schon passierte Maschineneinrichtung oder Maschinenkomponente direkt oder indirekt ansteuert. Insoweit braucht die optische Messanordnung nicht nur zur Kontrolle der Herstellung bzw. Behandlung dienen, sondern ermöglicht auch eine Steuerung oder Regelung einer oder mehrerer Maschineneinrichtungen bzw. einer oder mehrerer Maschinenkomponenten. Betreffend einer Regelung auf Grundlage der optischen Sensoreinrichtung wird vorgeschlagen, dass die Maschineneinrichtung oder Maschinenkomponente, die Steuer/Regeleinheit, gegebenenfalls die Auswerteeinrichtung, die optische Sensoreinrichtung und gegebenenfalls eine oder mehrere Bestandteile der Maschine einen Regelkreis bilden. Betreffend eine Steuerung auf Grundlage der optischen Sensoreinrichtung wird vorgeschlagen, dass die Maschineneinrichtung oder Maschinenkomponente, die Steuer/Regeleinheit, gegebenenfalls die Auswerteeinrichtung, die optische Sensoreinrichtung und gegebenenfalls eine oder mehrere Bestandteile der Maschine eine Steuerkette bilden.

Es kommen diverse Maschineneinrichtungen bzw. Komponenten von Maschineneinrichtungen in einer derartigen Maschine dafür in Betracht, auf Grundlage der optischen Sensoreinrichtung direkt oder indirekt angesteuert, ggf. gesteuert oder geregelt, zu werden. Es wird beispielsweise an Materialbahnbehandlungseinrichtungen, insbesondere auch Materialbahn-Veredelungseinrichtungen, gedacht. Von besonderem Interesse ist eine direkte oder indirekte Ansteuerung auf Grundlage der optischen Sensoreinrichtung für Streicheinrichtungen, Kalandereinrichtungen und Presseneinrichtungen. Auch im Zusammenhang mit der Herstellung der ggf. noch weiter zu behandelnden Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, kommt eine direkte oder indirekte Ansteuerung einer Maschineneinrichtung bzw. Maschineneinrichtungen bzw. wenigstens einer Komponente einer derartigen Maschineneinrichtung auf Grundlage der optischen Sensoreinrichtung vorteilhaft in Betracht. Die Maschineneinrichtung kann speziell als Materialbahnbildungseinrichtung ausgeführt oder Teil einer Materialbahnbildungseinrichtung sein.

Bezug nehmend auf das erfindungsgemäße Verfahren zur ortsaufgelösten Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung wird weiterbildend vorgeschlagen, dass das Verfahren wenigstens eine chromatische oder konfokal chromatische optische Abstands- oder Höhenmessung, oder wenigstens eine konfokale optische Abstands- oder Höhenmessung durch die Druckbeaufschlagungsseite bzw. von der Druckbeaufschlagungsseite aus umfasst. Es wird vor allem (aber nicht ausschließlich) daran gedacht, dass das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung einer erfindungsgemäßen optischen Messanordnung oder/und in einer erfindungsgemäßen Maschine durchgeführt wird.

Wie im Zusammenhang mit Ausgestaltungs-und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen optischen Messanordnung schon gestreift, stellt die Erfindung ferner ein Simulations- oder Untersuchungsverfahren zur Simulation von Verfahrensschritten in einem Herstellungs- oder Behandlungsverfahren bereit, das sich auf ein flächiges oder bogen- oder bahnartiges Objekt bezieht, vorzugsweise eine Materialbahn oder einen Materialbahnabschnitt oder Materialbogen, insbesondere Faserstoffbahn oder Faserstoffbahnabschnitt oder Faserstoffbogen, wie sie/er in der Papierindustrie oder Druckereianwendungen auftritt, insbesondere aus Papier oder Karton, oder zur Untersuchung von Wirkungen, die in einem solchen Herstellungs- oder Behandlungsverfahren von Komponenten oder Einrichtungen auf ein solches Objekt ausgeübt werden, umfassend die wenigstens einmalige Durchführung des oben vorgestellten Verfahrens nach der Erfindung bzw. den angesprochenen Weiterbildungsmöglichkeiten in Bezug auf ein solches Objekt.

Ferner stellt die Erfindung ein Steuer-/ oder Regelverfahren zur Steuerung oder Regelung wenigstens einer Maschinenkomponente oder Maschineneinrichtung in einer Maschine zur Herstellung oder/und Behandlung einer laufenden Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, gegebenenfalls aus Papier oder Karton bereit, umfassend die wenigstens einmalige, vorzugsweise wiederholte oder kontinuierliche Durchführung des oben vorgestellten Verfahrens nach der Erfindung bzw. den vorangehend vorgestellten Weiterbildungsmöglichkeiten des Verfahrens in Bezug auf die laufende Materialbahn und die Ansteuerung der Maschinenkomponente oder Maschineneinrichtung auf Grundlage wenigstens eines aus der Durchführung des Verfahrens resultierenden Mess- oder Erfassungsergebnisses.

Die Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren zur ortsaufgelösten Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung bereit. Ferner stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Simulations- oder Untersuchungsverfahrens bereit.

Bei der Auswahl bzw. Implementierung einer im Zusammenhang mit der Erfindung vorzusehenden bzw. zu verwendenden optischen Sensoreinrichtung ist in der Regel eine Abwägung zwischen Messbereich in Höhenrichtung (oder z-Richtung) einerseits und der Auflösung in Höhenrichtung (z-Richtung) sowie in lateraler Richtung andererseits zu treffen. In der Regel geht ein großer Messbereich in Höhenrichtung mit einer kleinen Auflösung in Höhenrichtung und vor allem auch in lateraler Richtung einher. Wird beispielsweise eine Glasplatte als Druckbeaufschlagungsseite der Druckbeaufschlagungseinrichtung verwendet, so erscheint es beispielsweise im Zusammenhang mit Messungen an einem Papierbahnabschnitt oder Papierbogen als besonders günstig, wenn der Messbereich, beispielsweise spektral oder durch Verstellung in Höhen-Richtung abgedeckte Fokusbereich, etwa von einer Mittelebene der Glasplatte bis etwa zur von der optischen Sensoranordnung abgewandten Seite des Papiers reicht. Wird ein durchsichtiges Material vermessen, etwa eine Kunststofffolie oder dergleichen, so ist es zweckmäßig, wenn der Messbereich noch ein Stück über die der optischen Sensoranordnung entgegengesetzte Oberfläche der Folie hinaus reicht, beispielsweise in eine zur Abstützung bzw. Druckausübung dienende weitere Glasplatte. Je nach auftretenden Messsituationen wird man auch damit auskommen, wenn der Messbereich nur einen in Höhenrichtung dünneren, an das Papier bzw. die Kunststofffolie oder allgemein das flächige Messobjekt angrenzenden Schichtbereich der Glasplatte bzw. der Glasplatten oder allgemein der Druckbeaufschlagungsseite bzw. Druckbeaufschlagungsseiten überdeckt. Es wird auf jeden Fall der interessierende Höhenbereich erfasst und es können auch Fehlstellen oder Löcher im Messobjekt (Papier oder Kunststofffolie oder sonstiges flächiges Messobjekt) erfasst werden.

Wichtig ist noch der Hinweis, dass das Licht Idealerweise möglichst wenige Grenzschichten durchlaufen sollte, an denen eine Brechung auftritt, die durch Kalibrierung oder auf rechnerischem Wege berücksichtigt werden könnte. Aus diesem Grund wird man es in der Regel vermeiden, dass beide Oberflächen der der optischen Sensoreinrichtung zugeordneten Druckbeaufschlagungsseite, etwa die angesprochene Glasplatte, im Messbereich liegen. Die Erfassung zumindest der dem Messobjekt zugewandten, den Druck auf das Messobjekt ausübenden bzw. dieses abstützenden Oberfäche der Druckbeaufschlagungsseite bzw. der Druckbeaufschlagungsseiten als aufgrund eines Brechzahlsprungs reflektierende Grenzfläche oder als reflektierende oder streuende Oberfläche ist aber in der Regel durchaus erwünscht, da eine ausgezeichnete Höhenposition oder Z-Position erfasst wird. Erfasst man mittels einer optischen Sensoranordnung im Falle eines durchsichtigen Messobjekts die entsprechenden, Druck ausübenden bzw. als Widerlager dienenden Oberflächen beider Druckbeaufschlagungsseiten, so kann sogleich auch eine mittlere Dicke des Untersuchungsobjekts auf optischem Wege erfasst werden. Im Falle eines nicht durchsichtigen flächigen Messobjekts kann man die mittlere Dicke des Messobjekts auf Grundlage einer Erfassung eines Abstands zwischen Bezugspunkten oder Bezugsflächen der beiden Druckbeaufschlagungsseiten messen. Die beiden Druckbeaufschlagungsseiten könnten insoweit für eine mittlere Dickenmessung und Messung der mittleren Nachgiebigkeit nach den eingangs angesprochenen DIN-Normen dienen.

Soweit eine Brechung des Lichts an Grenzflächen zwischen Materialien oder Medien unterschiedlichen Brechungsindex eine Rolle spielt, kann man je nach Messsituation und Messanforderungen deren Auswirkungen vernachlässigen oder kompensieren oder durch Kalibrierung oder rechnerisch berücksichtigen. Ferner kommt es in Betracht, durch spezielle Geometrien der der bzw. einer optischen Sensoreinrichtung zugeordneten, lichtdurchlässigen Druckbeaufschlagungsseiten Brechungseffekte zu vermeiden oder deren Bedeutung zu reduzieren, etwa zu kompensieren, oder sogar auszunutzen. Beispielsweise könnte anstelle einer Glasplatte mit beidseitig planen Oberflächen ein linsenartiges optisches Element verwendet werden, das mit einer planen Oberfläche Druck auf das Messobjekt ausübt und dessen andere, der optischen Sensoreinrichtung zugeordnete Oberfläche gekrümmt ist, beispielsweise sphärisch, zylindrisch oder asphärisch, etwa um für alle auf die Oberfläche des Messobjekts treffende und alle von dieser ausgehende Lichtbündel im Wesentlichen die gleichen optischen Weglängen zu erreichen, derart, dass auf der Empfängerseite in der optischen Sensoreinrichtung die gleichen Verhältnisse vorliegen, als würde, – von der Druckbeaufschlagung abgesehen – ohne die Druckbeaufschlagungsseite gemessen werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt in den Teilfiguren 1a) und 1b) schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Messanordnung mit einer optischen Sensoreinrichtung, die auf Grundlage des chromatischen Messprinzips arbeitet, und die auf einem Ausschnitt der 1a) basierende Teilfigur 1c) zeigt eine bevorzugte Auslegung der optischen Sensoreinrichtung (kurz auch als chromatischer Abstandssensor bezeichenbar) hinsichtlich dem den Messbereich in Höhenrichtung bestimmenden Fokusbereich relativ zum flächigen Messobjekt und einer dem Abstandssensor zugeordneten oberen Druckbeaufschlagungsplatte.
2 zeigt eine Ausführungsvariante der optischen Messanordnung gemäß 1, die zwei optische Sensoreinrichtungen (chromatische Abstandssensoren) aufweist, für eine beidseitige Vermessung bzw. Erfassung des Messobjekts.
3 zeigt eine weitere optische Messanordnung, deren Druckbeaufschlagungsseiten für eine nachgiebige flächige Druckbelastung des Messobjekts auf beiden Seiten ausgeführt sind.
4 zeigt eine ähnlich der optischen Messanordnung gemäß 1 für eine einseitige Vermessung bzw. Erfassung des Messobjekts ausgeführte optische Messanordnung, bei der das Messobjekt auf der vom chromatischen Abstandsensor abgewandten Oberfläche von einer Elastomerplatte abgestützt ist.
5 veranschaulicht beidseitige Vermessungen bzw. Erfassungen der Oberflächen einer laufenden Faserstoffbahn (insbesondere Papier- oder Kartonbahn) in einer Maschine zur Herstellung oder/und Behandlung, ggf. Veredelung, der Faserstoffbahn und die Steuerung einer Materialbahnbehandlungseinrichtung in dieser Maschine auf Grundlage von Messdaten oder Messsignalen der chromatischen Abstandssensoren.
6 veranschaulicht beidseitige Vermessungen bzw. Erfassungen der Oberflächen einer laufenden Faserstoffbahn (insbesondere Papier- oder Kartonbahn) in einer Maschine zur Herstellung oder/und Behandlung, ggf. Veredelung, der Faserstoffbahn und die Regelung einer Materialbahnbehandlungseinrichtung in dieser Maschine auf Grundlage von Messdaten oder Messsignalen der chromatischen Abstandssensoren.
Ein Beispiel für eine erfindungsgemäße optische Messanordnung zur ortsaufgelösten Dicken- oder Höhenmessung und Oberflächenprofil- und Oberflächentopographieerfassung unter Druckbelastung insbesondere für flächige Messobjekte ist in 1 gezeigt. Die optische Messanordnung ermöglicht ortsaufgelöste Dickenmessungen mit hoher lateraler Auflösung, die auch die Berechnung des lokalen spezifischen Volumens eines flächigen Messobjekts unter gleichzeitiger flächiger Druckbelastung ermöglichen.
Die Messanordnung 10 weist einen Auflagertisch 12 auf, auf dem das Messobjekt, beispielsweise ein Faserstoff-Bahnabschnitt oder Faserstoffbogen 14, insbesondere aus Papier oder Karton, zwischen zwei lichtdurchlässigen starren Druckbeaufschlagungsplatten 16 und 18, die als Druckbeaufschlagungsseiten einer Druckbeaufschlagungseinrichtung 20 dienen, für eine Messung platziert werden kann. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass es sich bei den beiden Druckbeaufschlagungsplatten 16 und 18 um Glasplatten handelt.
Gemäß 1a) ist die untere Glasplatte 18 auf dem Auflagertisch 12 aufgelagert. Auf der unteren Glasplatte 18 liegt der Faserstoffbahnabschnitt oder der Faserstoffbogen (im Folgenden wird von Papier ausgegangen) auf, und auf dem Papier bzw. papierenen Messobjekt 14 ist die obere Glasplatte 16 angeordnet. Die obere Glasplatte 16 hängt über eine Federanordnung 20 an einem in Vertikalrichtung oder Höhenrichtung z verstellbaren Schlitten 22, der beispielsweise mittels einer Linearführung in z-Richtung definiert verstellbar an einer Hochsäule gelagert ist. Diese Aufhängung der oberen Glasplatte 16 dient dazu, dass auch ein verschwindender Auflagedruck der oberen Glasplatte 16 auf dem Messobjekt 14 eingestellt werden kann, indem die Gewichtskräfte der Glasplatte durch die Federanordnung 20 aufgenommen werden. Wenn auch eine manuelle Verstellung des Schlittens 22 und damit manuelle Einstellung einer Kompensation der Gewichtskraft der Glasplatte 16 in Betracht kommt, so ist doch eine Verstellung des Schlittens 22 mittels eines beispielsweise elektrischen Stellglieds bevorzugt.
Zweckmäßig könnte im Kraftfluss zwischen der Glasplatte 16 und dem Schlitten 22 eine Kraftsensoranordnung vorgesehen sein, um eine möglichst exakte Kompensation der Gewichtskraft der Glasplatte zu ermöglichen, also um möglichst exakt eine verschwindende Druckbeaufschlagung des Messobjekts 14 durch die Glasplatte 16 einstellen zu können. Entsprechende Kraftsensoren könnten beispielsweise an den Aufhängepunkten der auf Zug elastisch belastbaren Federn der Federanordnung 20 vorgesehen sein. In Kombination mit einer Stellgliedverstellung des Schlittens 22 könnte so eine automatische Kompensation der Gewichtskraft in einem entsprechenden Betriebsmodus der optischen Messanordnung 10 realisiert werden, beispielsweise durch eine entsprechende Steuerungs- oder Regelungsfunktionalität einer elektronischen Steuereinrichtung, die auch zur Auswertung der optisch durchgeführten Messung bzw. Messungen dienen könnte. Eine solche Steuereinrichtung ist durch einen Block 24 in 1b) repräsentiert.
Definierte Druckbeaufschlagungen des Messobjekts 14 durch die obere Glassplatte 16 lassen sich mittels eines weiteren, in Vertikalrichtung verstellbaren Schlitten 26 einstellen, der ebenfalls mittels einer Linearführung beispielsweise an einer bzw. der Hochsäule verstellbar gelagert ist und manuell oder mittels eines beispielsweise elektrischen Stellglieds etwa unter der Ansteuerung der elektronischen Steuereinrichtung 24 in Vertikalrichtung verstellbar ist und mehrere Kraftausübungsabschnitte 28 aufweist, die zur Ausübung definierter Kräfte auf die Glasplatte 16 von oben auf die Glasplatte drücken können, um die gewünschte Flächenpressung des Messobjekts 14 zwischen den beiden Glasplatten 16 und 18 einzustellen. Die von der oberen Glasplatte 16 auf das Messobjekt 14 insgesamt ausgeübte Kraft ist die Resultierende aus der Gewichtskraft der Glasplatte 16, der vom Schlitten 26 auf die Glasplatte 16 ausgeübten Kraft F und der von der Federanordnung 20 am Schlitten 22 abgestützten Kraft. Die von dem Schlitten 26 über die Kraftausübungsabschnitte 28 insgesamt auf die Glasplatte ausgeübte Kraft kann ebenfalls mittels einer Kraftsensoranordnung erfasst werden, so dass in Kenntnis der Gewichtskraft der Glasplatte 16 die auf das Messobjekt 14 ausgeübte Kraft und damit der auf das Messobjekt 14 über die untere Oberfläche der Glasplatte 16 ausgeübte Druck exakt einstellbar ist. Bevorzugt erfolgt dies automatisiert, etwa durch die elektronische Steuereinrichtung 24.
Die Messung lokaler Dicken bzw. Höhen des Messobjekts 14 bzw. von Oberflächenprofilen oder der Oberflächentopographie erfolgt auf optischem Wege nach dem konfokalen Messprinzip nach einer chromatischen Messtechnik, die in polychromatischem Licht auftretende Längsabberation ausnutzt. Hierzu ist eine mit 11 bezeichnete optische Sensoreinrichtung vorgesehen. Es kann eine eine ausgeprägte chromatische Längsabberation aufweisende Spezialoptik in einem Messkopf 30 der optischen Sensoreinrichtung 11 verwendet werden, der das polygomatische Licht oder Weißlicht durch die obere Glasplatte 16 auf das Messobjekt 14 fokussiert. Aufgrund der chromatischen Längsabberation liegen die Fokuspunkte für verschiedene Wellenlängen an verschiedenen Vertikalpositionen oder Höhenpositionen in z-Richtung, wobei in der Regel für Licht kürzere Wellenlänge der Abstand zwischen Fokuspunkt und Messkopf kleiner und für Licht größerer Wellenlänge der Abstand zwischen Fokus und Messkopf größer ist. Je nach Auslegung der Messoptik überdecken die Fokuspunkte der verschiedenen Wellenlängen einen größeren oder kleineren Vertikalbereich oder Z-Bereich, der als Messbereich nutzbar ist.
Gemäß 1a) deuten die gestrichelt dargestellten, auch die Brechung an der Grenzfläche zwischen Luft und der oberen Glasplatte 16 schematisch zeigenden Strahlen einen sehr großen, die obere Oberfläche der Glasplatte 16 einschließenden und bis in die untere Glasplatte 18 hinein reichenden Messbereich an, wobei in der Darstellung davon ausgegangen ist, dass das Messobjekt 14, also der Papierbogen oder der Papierbahnabschnitt, für das Messlicht undurchlässig ist, so dass das Messlicht größerer Wellenlänge keinen Fokuspunkt in der unteren Glasplatte 18 besitzt, sondern einen vergleichsweise großen unscharfen Messfleck auf der Oberseite des Messobjekts 14 bildet. Für eine Lichtwellenlänge, deren Fokus im Inneren der oberen Glasplatte liegt, bildet sich ebenfalls ein recht großer unscharfer Messfleck auf der Oberseite des Messobjekts 14. Ein scharfer, eine hohe Intensität aufweisender Fokuspunkt tritt für eine gegebene Einstellung der optischen Messanordnung nur für eine Wellenlänge auf und wird durch Streuung bzw. Reflektion mit hoher Intensität wieder in den Messkopf 30 zurückgekoppelt. Für alle anderen Wellenlängen ist die von der Messobjektoberfläche in den Messkopf 30 zurück reflektierte bzw. zurück gestreute Lichtintensität wesentlich kleiner.
Der Messkopf 30 wird Licht von einer Weißlichtlampe, beispielsweise Halogenlampe 32, über einen Lichtleiter 34, einen Koppler 36 (ggf. Faserkoppler) und einen Lichtleiter 38 dem Messkopf 30 zugeführt. In den Messkopf 30 zurück gekoppeltes Licht erreicht über den Lichtleiter 38, den Koppler 36 eine als bzw. in der Art eines Spektographs arbeitende Detektoreinrichtung 32, die das zurück gekoppelte Licht spektral erfasst. Das Spektrum des der Detektoreinrichtung zurückgeführten Lichts zeigt für die Lichtfarbe, die scharf auf die Oberfläche des Messobjekts 14 fokussiert ist, einen schmalen Peak, aus dessen Position der optische Weg zwischen dem Fokuspunkt auf der Oberfläche des Messobjekts und einer Bezugsebene des Messkopfs 30 und damit die lokale Höhe des Messobjekts 14 am Ort des Fokuspunkts bestimmt werden kann. Da die Wellenlänge des Peaks, nicht aber die Intensität des Lichts ausgewertet wird, ist diese Messtechnik unempfindlich gegen unterschiedliche Oberflächeneigenschaften wie Reflektivität, Farbe oder Rauheit. Auch an zwischen lichtdurchlässigen Medien unterschiedlichen Brechungsindexes auftretende Lichtreflektionen führen für eine entsprechende Lichtfarbe, deren Fokuspunkt in der Grenzfläche liegt, zu entsprechenden Peaks im Spektrum und ermöglichen damit die Bestimmung des optischen Weges zwischen der Grenzfläche und der Bezugsebene des Messkopfes. So kann im Falle eines Messbereichs entsprechend 1a) im Spektrum ein weiterer Peak auftreten, der die obere Oberfläche der oberen Glasplatte 16 repräsentiert. Ferner kann ein entsprechender Peak für die untere Oberfläche der Glasplatte 16 auftreten, so weit diese lokal nicht mit der Oberfläche des Messobjekts zusammenfällt.
Durch Verfahren des Messkopfes 30 in lateraler Richtung, beispielsweise in den Richtungen x und y eines in 1a) eingezeichneten Koordinatensystems, kann die Oberflächentopographie des Messobjekts 14 erfasst werden. Beispielsweise wird die Oberfläche des Messobjekts 14 rasterartig abgetastet und für jeden Rasterpunkt wird eine lokale Höhe oder Dicke des Messobjekts 14 bestimmt. Durch Verfahren des Messkopfes 30 relativ zum Messobjekt 14 in nur einer lateralen Richtung kann ein Profil der Oberfläche des Messobjekts 14 gemessen werden, insbesondere als Folge von Höhenwerten oder Dickenwerten. Derartige Messungen können für unterschiedliche Druckbelastungen des Messobjekts 14 durch die Glasplatte 16 durchgeführt werden, um die Zusammendrückbarkeit und Änderungen der Oberflächentopographie unter Druck zu untersuchen. Je nach Messkopf kann ein Messbereich im Nanometerbereich bis zum größeren Millimeterbereich vorgesehen werden. Ein typischer, eher kleiner Messbereich liegt bei 300 μm, es gibt aber auch Messköpfe mit einem Messbereich von 25 mm. Die erreichbare Höhenauflösung oder Dickenauflösung hängt vom Messbereich ab. Ein typischer Wert ist eine Auflösung entsprechend etwa 0,004% des Messbereichs. Ein typischer Auflösungswert eines Messkopfes mit hoher Auflösung ist beispielsweise 10 nm. Für größere Messbereiche resultiert dann beispielsweise eine Auflösung von 800 nm, oder noch geringer. Es handelt sich hier um Angaben typischer optischer Messköpfe und Messanordnungen, wie sie auf dem Markt verfügbar sind, ohne spezielle Anpassung an die Messsituation nach der Erfindung. Günstig erscheint ein Messbereich H, der etwa von der Mitte der oberen Glasplatte 16 bis zur Unterseite des Messobjekts 14 oder geringfügig in die untere Glasplatte 18 hineinreicht, wie in 1c) veranschaulicht. Es wird so eine beispielsweise für Vermessungen an Papier günstige, vergleichsweise hohe Auflösung in lateraler Richtung (Ortsauflösung) erreicht, ohne dass es schwierig ist, das Messobjekt so relativ zum Messkopf zu positionieren, dass das Messobjekt, hier das Papier, erfasst wird. In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, dass zweckmäßig auch eine vertikale Verstellbarkeit zwischen Messkopf 30 einerseits und dem Auflagertisch 12 andererseits vorgesehen ist, beispielsweise durch Lagerung des Messkopfes 30 über eine Linearführung an der oder einer Hochsäule. Diese Verstellbarkeit könnte ebenfalls mittels eines durch die Steuereinrichtung 24 angesteuerten, beispielsweise elektrischen Stellglieds erfolgen.
In 1c) ist auch die Bildung eines Fokuspunkts an der Unterseite des flächigen Messobjekts 14 dargestellt, um den Messbereich H zu veranschaulichen. Ein solcher Fokuspunkt bildet sich aber nur dann, wenn das Messobjekt für das betreffende Licht durchlässig ist. Im Falle eines lichtdurchlässigen Messobjekts, beispielsweise einer durchsichtigen Kunststofffolie oder dergleichen, würde hingegen sowohl die obere als auch die untere Oberfläche des Messobjekts 14 vermittels des gleichen Messkopfes 30 erfasst werden können und diese würden sich als zwei Peaks im von der Detektoreinrichtung 32 empfangenen Spektrum zeigen.
Im Falle eines undurchsichtigen Messobjekts kann eine beidseitige Vermessung vermittels zwei gesonderten Messköpfen 30 und 40 jeweils mit einer zugeordneten eigenen Detektoreinrichtung 11 bzw. 13 oder mit einer entsprechend ausgeführten gemeinsamen Detektoreinrichtung erfolgen, wie in 2 gezeigt. In einer Aussparung des Auflagetisches 12 ist der zweite Messskopf 40 angeordnet, der durch die untere Glasplatte 18 hindurch die untere Oberfläche des flächigen Messobjekts 14 vermisst bzw. erfasst. Die beiden Messköpfe 30 und 40 können zueinander synchron oder unabhängig voneinander in lateraler Richtung sowie auch in Höhenrichtung relativ zum Messobjekt verstellbar sein, um Oberflächenprofile oder Oberflächentopographien zu erfassen.
Bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 ist eine flächige starre Druckbelastung des Messobjekts 14 auf beiden Seiten durch die Glasplatten 16 und 18 realisiert, die zu einer mehr oder weniger starken Einebnung von ohne Druckbelastung vorhandenen Höhenverteilungen der Oberflächen führt. Demgegenüber zeigt 3 ein Beispiel, bei der die Druckausübung bzw. Abstützung nicht durch starre plane Oberflächen der Glasplatten 16 und 18 erfolgt, sondern durch transparente Weichfolien 42 und 44, die an der betreffenden Oberfläche des Messobjekts 14 anliegen und gemeinsam mit dem Messobjekt 14 vermittels des Schlittens 26 und dem Auflagertisch 12 zwischen den Glasplatten 16 und 18 einspannbar sind.
4 zeigt demgegenüber ein Beispiel, bei dem in gleicher Weise wie bei dem Beispiel der 1 das Messobjekt 14 auf der dem Messkopf 30 zugewandten Messseite durch eine Glasplatte 16 starr/einebnend flächig unter Druck gesetzt wird, die Abstützung des Messobjekts 14 auf der anderen Seite aber durch eine elastisch nachgiebige Elastomerplatte 50 erfolgt.
Die Beispiele zeigen, dass für einseitige als auch für beidseitige Topographiemessungen verschiedenste Konfigurationen und Materialien zur Druckausübung bzw. Druckabstützung verwendet werden können. Es können so beispielsweise Arten von Materialien hinsichtlich ihrer Eigenschaften als Druckaufnehmer im Zusammenhang mit Produktions- und Behandlungsvorgängen an einem Produkt oder Produkten entsprechend dem Messobjekt untersucht werden, ggf. auch Kombinationen von Materialien. Auf diese Weise können vielfältige Verfahrensvorgänge, z. B. bei Press- und Trocknungsvorgängen in der Papierherstellung, untersucht werden. Man kann Produktions- und Behandlungsvorgänge simulieren, wobei zur Darstellung beispielsweise von Pressen oder Kalandernips auf Filz, Gummi (hart/weich), Folien und diverse weitere Medien zurückgegriffen werden kann, um deren Auswirkung auf Änderungen der Oberflächentopographien und Dicke des Messobjekts unter Druck zu untersuchen. Es können so Pressflächen verschiedenster Eigenschaften hinsichtlich ihrer Wechselwirkung mit dem Messobjekt, im hier zugrunde gelegten Beispiel ein Faserstoffbahnabschnitt oder ein Faserstoffbogen (insbesondere aus Papier oder Karton) zu untersuchen. Soweit die betreffenden Materialien nicht lichtdurchlässig sind, ist nur eine einseitige Messung auf der anderen Seite des Messobjekts möglich, wie in 4 anhand eines undurchsichtigen Elastomermaterials veranschaulicht.
Bezug nehmend auf Anwendungssituationen, bei denen es um die Herstellung oder Behandlung einer laufenden Materialbahn, beispielsweise Faserstoffbahn (insbesondere aus Papier oder Karton), oder auch Folienbahn geht, lassen sich einseitige oder beidseitige Messungen auch an einer laufenden Materialbahn durchführen, wie in 5 veranschaulicht. Die Materialbahn läuft durch zwei durchsichtige Hohlwalzen 60 und 62, die in einem Rahmen gelagert und durch eine beispielsweise elektrische Aktuatoranordnung aufeinander zu oder auseinander verstellbar sind, um die Materialbahn 14 mit einem definierten Druck einzuspannen. In den beiden Hohlwalzen 60 und 62 ist jeweils ein Messkopf 30 bzw. 40 entsprechend den Messköpfen 30 und 40 der vorangehenden Ausführungsbeispielen angeordnet und vorzugsweise in Materialbahnquerrichtung verstellbar, um über die Materialbahn zu traversieren. Es könnte auch eine Reihe von Messköpfen 30 und eine Reihe von Messköpfen 40 in Querrichtung der Materialbahn verteilt angeordnet sein, um gleichzeitig an mehreren Querpositionen der Materialbahn zu messen. Aus der Messung resultierende Erfassungssignale bzw. Messsignale können in einer Maschine 70 zur Herstellung oder Behandlung der Materialbahn zur Steuerung einer Materialbahnbehandlungseinrichtung 64, beispielsweise eines Kalanders, eingesetzt werden. Hierzu empfängt eine elektronische Steuereinrichtung 66, die beispielsweise eine Detektoreinrichtung entsprechend der Detektoreinrichtung 32 enthält, die Signale von den Messköpfen 30 und 40 und steuert auf Grundlage dieser Signale bzw. hieraus bestimmter Höhen- oder Dickenwerte die Behandlungseinrichtung 64 an. Gemäß 5 durchläuft die Materialbahn 14 erst die optische Messanordnung 10 mit den Messköpfen 30 und 40 und dann die Materialbahnbehandlungseinrichtung 64. Ebenso ist es möglich, dass eine vor der Messanordnung liegende Materialbahnbildungseinrichtung oder Materialbahnbehandlungseinrichtung 68 auf Grundlage der Messsignale von den optischen Messköpfen 30 und 40 angesteuert wird, insbesondere geregelt wird, um eine Materialbahneigenschaft einem Sollwert anzunähern. Es kann also ein Istwert mit Sollwert-Vergleich und einer Ansteuerung der zuvor schon von der Materialbahn durchlaufenden Materialbahnbildungseinrichtung oder – im Falle des Beispiels gemäß 6 – Materialbahnbehandlungseinrichtung 68 im Sinne einer Annäherung des Istwerts an den Sollwert, also eine Regelung der betreffenden Einrichtung, erfolgen.
Erfindungsgemäß wird das Ziel erreicht, die kleinflächige Dicke und Topographie von Objekten, insbesondere flächigen Objekten, unter statischem und/oder dynamischem Druck zu messen. Es sind Messungen unter definierter, frei wählbarer und – je nach Anwendungsgebiet – praxisgerechter Kompression möglich. Bezug nehmend auf Anwendungen in der Papierindustrie kann eine Messung ohne Druckbelastung sowie mit Druckbelastung bis hin zu einem Druck im elastischen Bereich (Schwarzsatinierung) und darüber hinaus erfolgen. Es können so Dickenveränderungen unter Druck und Beeinflussungen der Oberflächentopographie unter Druck gemessen werden.
Ein entsprechendes, beispielsweise eine Messanordnung entsprechend den vorangehend erläuterten Ausführungsbeispiels umfassendes Messsystem kann die Messergebnisse in Form von Rohdaten liefern, und, wenn gewünscht, die Messergebnisse visualisieren, beispielsweise entsprechendes Bildmaterial oder entsprechende Graphiken liefern, etwa ein Falschfarbenbild generieren, in dem Höhendistanzen und Intensitäten auswertbar sind. Dies kann einseitig oder beidseitig in Bezug auf das jeweilige Messobjekt erfolgen, je nach der optischen Messanordnung. Es lassen sich so Druck- und Oberflächenfehler in verschiedenen Produktions-, Behandlungs- und Weiterverarbeitungszuständen, insbesondere im Rohzustand wie im fertig bearbeiteten, verkaufsgerechten Zustand, erkennen und erforschen. Daher kann man die Messungen den Produktionsverhältnissen bzw. Behandlungsverhältnissen im Sinne einer Simulation nachbilden oder auch in situ, online oder offline, bei der Produktion messen, und ggf. Maschinen bzw. Maschinenkomponenten auf Grundlage der Messungen ansteuern, insbesondere steuern oder regeln. Eine Anwendung, bei der ein solches System bzw. ein mit einem solchen System durchführbares Messverfahren anwendbar ist, ist betreffend das Gebiet der Papierindustrie beispielsweise die Herstellung, Behandlung und Verarbeitung von graphischen Papier, insbesondere die Überführung des Papiers unter Druck in den gewünschten, verkaufsgerechten Endzustand.
Im Falle einer beidseitigen Messung können die optischen Messköpfe entweder zeitgleich die lateral übereinstimmende Position an dem Messobjekt, ggf. der Papier- oder Kartonbahn, innehaben, oder die Messergebnisse können aus einem bekannten Versatz in Materialbahnlaufrichtung mittels Software für die gleiche Position an der Materialbahn durch Zuordnung zueinander bestimmt werden.
Bevorzugt sind optische Sensoranordnungen, die eine einseitige oder beidseitige Abstandsmessung basierend auf dem Messprinzip der chromatischen Abberation durchführen. Das Messobjekt wird dabei in einer Spektralfarbe des zuvor gebrochenen polychromatischen Lichts bzw. Weißlichts fokussiert und es wird eine Höhenverteilung der Messoberfläche erhalten. Entsprechende optische Sensoren sind von diversen Anbietern als Standardkomponenten erhältlich.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 sind beidseitig des Messobjekts Glasplatten vorgesehen. Das Eigengewicht der oberen Glasplatte wird durch eine Aufhängung kompensiert, um auch Messungen ohne Druckbelastung zu ermöglichen. Zur Druckausübung kann die entsprechende Kraft beispielsweise über Federn oder eine andere mechanische Anordnung, beispielsweise ein vertikal verstellbarer Schlitten wie bei den gezeigten Ausführungsbeispielen, auf die Glasplatten übertragen werden und durch externe Steuerung eingestellt werden. Je nach Messbereich und auftretenden Brechzahlsprüngen können bei Erfassung aller in den Messkopf zurückgekoppelten, reflektierten bzw. gestreuten Wellenlängen auf spektrographischem Wege mehrere Intensitätsmaxima erfasst werden, so dass neben der Oberfläche des Messobjekts auch noch die Glasplatte und im Falle eines durchsichtigen Messobjekts auch beide Oberflächen detektiert werden können. Allgemein spricht das konfokale, die chromatische Abberation ausnutzende Messprinzip auf jede Grenzschicht zwischen transparenten, unterschiedliche Brechungsindizes aufweisenden Medien (Schichten) an. Neben einer beidseitigen Vermessung ist auch die einseitige Vermessung bzw. Topographieerfassung unter Druck von großem Interesse, da verschiedenste Materialien auf der anderen Seite, insbesondere auch nicht transparente Medien, eingesetzt werden können, beispielsweise um Materialien hinsichtlich ihrer Eignung als Druckaufnehmer zu prüfen bzw. deren Eigenschaften zu simulieren. Es können dabei Anwendungen unter verschiedensten Umgebungszuständen, beispielsweise Trocken-, Feucht- und Nässezuständen, untersucht werden.
Wichtige Einsatzgebiete für das erfindungsgemäße Messsystem bzw. das erfindungsgemäße Messverfahren liegen in der Papierindustrie, der Druckerei- und Vervielfältigungsbranche, bei Papier-, Textil- und Gewebe-Herstellern, Verarbeitern und Abnehmern, sowie in der Entwicklung bei Herstellern von in diesen Industrien bzw. Branchen verwendeten Anlagen, Geräten und Einrichtungen. Allgemein kann die Erfindung überall dort angewendet werden, wo lokal aufgelöste Erfassung von Oberflächen bzw. Oberflächenqualitäten ohne oder unter Druck, von Bedeutung ist. Hierfür kann ein entsprechendes optisches Messsystem dafür ausgeführt sein, Messungen der Dicke und Topographie bzw. Höhenverteilung bei frei definierter Druckbelastung zu ermöglichen. Beispielsweise kann man für eine in der Praxis regelmäßig aussagekräftige Messfläche von 5 cm × 5 cm und einer Abtastschrittweite von Δx = 50 μm eine Messzeit von ca. 20 Minuten oder kürzer erreichen, je nach Messgeschwindigkeit der verwendeten optischen Sensoranordnung und Verstellgeschwindigkeit einer verwendeten Aktuatoranordnung für das Abtasten.
Es werden völlig neuartige Möglichkeiten der Endkontrolle und Qualitätsüberprüfung für jeweilige Produkte eröffnet, beispielsweise im Zusammenhang mit Kopier- und Tiefdruckpapier. Eine andere konkrete Anwendung liegt in der Produktionssimulation, wie oben schon angesprochen. Aus entsprechenden Untersuchungen bzw. Simulationen können Schlussfolgerungen für den Produktionsprozess getroffen werden, grundlegender Natur wie auch im Sinne einer insbesondere qualitätsverbessernden Optimierung.
Die Erfindung stellt bereit ein Messverfahren und eine optische Messanordnung zur ortsaufgelösten, gewünschtenfalls hochortsaufgelösten Messung von Oberflächentopographien und der Veränderungen der Dicke bzw. Höhe oder/und der Topographien infolge von Druckbelastung. Ermöglicht werden Messungen der lokalen Dicke bzw. lokalen Höhe bzw. der Topographie, insbesondere von flächigen Körpern, Folien, Faserstoffbahnen oder Faserstoffbahnabschnitten oder Faserstoffbögen, insbesondere aus Papier oder Karton. Es ist eine Steuerung oder Regelung beispielsweise der Glätte oder Dicke in der Produktion möglich, also beispielsweise durch Steuerung/Regelung eines Kalanders oder der Steuerung/Regelung einer Presse. Messungen können offline oder online erfolgen. Online-Messungen in einer Maschine zur Herstellung oder Behandlung einer Materialbahn können insbesondere durch Einsatz zumindest teilweise transparenter Walzen als Druckbeaufschlagungsseiten einer Druckbeaufschlagungseinrichtung erfolgen. Messsensoren (Messköpfe), die auf Grundlage der chromatischen Abberation oder auf Grundlage anderer Messprinzipien arbeiten, können in den transparenten Walzen angeordnet sein. Von besonderem Interesse erscheint die Regelung/Steuerung eines Kalanders hinsichtlich Druck und Temperatur. Man kann auch nur einseitig an einer Matrialbahn eine entsprechende optische Sendeeinrichtung mit einer zumindest teilweise transparenten Walze vorsehen, für eine nur einseitige Messung. Zur Abstützung bzw. Druckausübung kann eine ohnehin vorhandene Umlenkwalze oder dergleichen verwendet werden.
Bereitgestellt wird ein Verfahren zur ortsaufgelösten Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung eines Untersuchungsobjekts unter vorgegebener oder einstellbarer Druckbelastung, bei der ein vorzugsweise flächiges, gegebenenfalls bahnartiges oder bogenartiges Untersuchungsobjekt zwischen einer ersten Druckbeaufschlagungsseite und einer zweiten Druckbeaufschlagungsseite einer Druckbeaufschlagungseinrichtung platziert oder zumindest mit einem Abschnitt eingeführt wird, bei dem ein vorgegebener oder gewählter Druck, gegebenenfalls ein im Wesentlichen verschwindender Druck, auf das Untersuchungsobjekt an zumindest einem Oberflächenbereich wenigstens einer Oberfläche des Objekts ausgeübt wird, und bei dem auf optischem Wege durch zumindest eine der Druckbeaufschlagungsseiten hindurch oder von zumindest einer der Druckbeaufschlagungsseiten aus die Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung an dem Oberflächenbereich durchgeführt wird. Ferner wird bereitgestellt eine Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Claims

Optische Messanordnung zur ortsaufgelösten Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung eines Untersuchungsobjekts (14) unter vorgegebener oder einstellbarer Druckbelastung, umfassend: – eine Druckbeaufschlagungseinrichtung (26, 28, 16, 18, 12; 26, 28, 16, 42, 44, 18, 12; 26, 28, 16, 50, 12; 60, 62) mit einer ersten Druckbeaufschlagungsseite (16; 16, 42; 60) und einer zweiten Druckbeaufschlagungsseite (18; 18, 44; 50; 62), zwischen denen das Untersuchungsobjekt (14) plazierbar oder durchführbar oder einführbar ist und mittels der das Objekt an zumindest einem Objektflächenbereich wenigstens einer Oberfläche des Objekts, welchem Oberflächenbereich eine zumindest zu einem Teilbereich des Oberflächenbereichs im Wesentlichen orthogonale Hochachse (z) zugeordnet werden kann, unter einen vorgegebenen oder einstellbaren Druck setzbar ist; – wenigstens eine optische Sensoreinrichtung (11; 11, 13), die wenigstens einen von mindestens einem Lichtsender (30; 30, 40) ausgehenden Sendestrahlengang und wenigstens einen zu mindestens einem Lichtempfänger (30; 30, 40) führenden Empfangsstrahlengang aufweist, wobei der Lichtsender oder wenigstens eine dem Sendestrahlengang zugeordnete optische Komponente und der Lichtempfänger oder wenigstens eine dem Empfangsstrahlengang zugeordnete optische Komponente derart in eine zugeordnete der Druckbeaufschlagungsseiten integriert oder derart in Bezug auf eine zugeordnete, zumindest bereichsweise lichtdurchlässig ausgeführte (16; 16 bzw. 18; 16, 42 bzw. 44, 18; 60 bzw. 62) der Druckbeaufschlagungsseiten angeordnet sind, dass vom Lichtsender ausgegebenes Messlicht über den Sendestrahlengang gegen den unter Druck setzbaren oder gesetzten Objektflächenbereich strahlbar ist und dass von dem Objektflächenbereich ausgehendes, auf einer Streuung oder Reflektion des Messlichts am Oberflächenbereich beruhendes Licht über den Empfangsstrahlengang von dem Lichtempfänger empfangbar ist, wobei die optische Sensoreinrichtung dafür ausgeführt ist, dass das vom Lichtempfänger empfangene Licht hinsichtlich wenigstens einem Lichtparameter oder/und einer räumlichen oder/und spektralen Lichtverteilung bezogen auf eine vorgegebene oder momentan eingestellte Konfiguration der Strahlengänge von einer Dicke oder einem Dickengradient des Untersuchungsobjekts an zumindest einer Messstelle des Objektflächenbereichs oder von einer Höhe oder einem Höhengradient des Untersuchungsobjekts (14) in Richtung der Hochachse an zumindest einer Messstelle des Objektflächenbereichs oder von wenigstens einem Oberflächenprofil oder von einer Oberflächentopographie des Untersuchungsobjekts im Objektflächenbereich abhängt oder Rückschlüsse hierauf erlaubt.
Optische Messanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: – eine elektronische Auswerteeinrichtung (24; 66), die mit der optischen Sensoreinrichtung (11; 11, 13) zusammenwirkt, wobei die Auswerteeinrichtung dafür ausgeführt ist, auf Strahlengangkonfigurationszustände der Sensoreinrichtung oder/und auf von dem Lichtempfänger empfangenes Licht anzusprechen und hieraus ortsaufgelöst, für zumindest eine Messstelle des Objektflächenbereichs, eine Dicke oder ein Dickengradient des Untersuchungsobjekts oder eine Höhe oder eine Höhengradient des Untersuchungsobjekts (14) in Richtung der Hochachse zu bestimmen oder hieraus ortsaufgelöst wenigstens ein Oberflächenprofil oder eine Oberflächentopographie des Untersuchungsobjekts (14) im Objektflächenbereich zu bestimmen.
Optische Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (11; 11, 13) und – wenn vorgesehen – die elektronische Auswerteeinrichtung (24; 66) dafür ausgeführt ist/sind, dass auf Grundlage von für eine relative Positionierung in einer zur Hochachse (z) orthogonalen Richtung zwischen dem Untersuchungsobjekt (14) einerseits und zumindest einem der Strahlengänge andererseits von dem Lichtempfänger empfangenen Lichts wenigstens ein Oberflächenprofil oder die Oberflächentopographie bestimmbar ist.
Optische Messanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (11; 11, 13) und – wenn vorgesehen – die elektronische Auswerteeinrichtung (24; 66) dafür ausgeführt ist/sind, dass auf Grundlage von für mehrere verschiedene, in einer zur Hochachse (z) orthogonalen Relativverstellungsrichtung gegeneinander versetzte derartige relative Positionierungen bestimmten Oberflächenprofilen die Oberflächentopographie bestimmbar ist.
Optische Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messeinrichtung (11; 11, 13) und – wenn vorgesehen – die elektronische Auswerteeinrichtung (24; 66) dafür ausgeführt ist/sind, dass auf Grundlage von für eine relative Positionierung in einer zur Hochachse (z) orthogonalen Richtung zwischen dem Untersuchungsobjekt (14) einerseits und wenigstens einem der Strahlengänge andererseits von dem Lichtempfänger empfangenen Lichts ein Dickenwert oder Dickengradientwert oder ein Höhenwert oder Höhengradientwert an wenigstens einer Messstelle des Objektflächenbereichs bestimmbar ist.
Optische Messanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messeinrichtung (11; 11, 13) und – wenn vorgesehen – die elektronische Auswerteeinrichtung (24; 66) dafür ausgeführt ist/sind, dass auf Grundlage von für mehrere verschiedene, in einer zur Hochachse (z) orthogonalen Relativverstellungsrichtung (x; y) gegeneinander versetzte derartige relative Positionierungen bestimmten Dickenwerten oder Dickengradientwerten oder Höhenwerten oder Höhengradientwerten wenigstens ein Oberflächenprofil bestimmbar ist.
Optische Messanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messeinrichtung (11; 11, 13) und – wenn vorgesehen – die elektronische Auswerteeinrichtung (24; 66) dafür ausgeführt ist/sind, dass auf Grundlage von für mehrere verschiedene, in wenigstens zwei verschiedene zur Hochachse (z) orthogonale Relativverstellungsrichtungen (x; y) gegeneinander versetzte derartige Positionierungen bestimmten Dickenwerten oder Dickengradientwerten oder Höhenwerten oder Höhengradientwerten die Oberflächentopographie bestimmbar ist.
Optische Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendestrahlengang und der Empfangsstrahlengang zumindest in einem sich an den Oberflächenbereich anschließenden jeweiligen Strahlengangabschnitt koaxial verlaufen oder zumindest in den sich an den Oberflächenbereich anschließenden jeweiligen Strahlangangabschnitten im Wesentlichen zusammenfallen.
Optische Messanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der sich an den Oberflächenbereich anschließende Strahlengangabschnitt im Wesentlichen koaxial oder parallel zur Hochachse verläuft.
Optische Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendestrahlengang und der Empfangsstrahlengang zumindest in einem sich an den Oberflächenbereich anschließenden jeweiligen Strahlangangabschnitt unter einem Winkel zueinander verlaufen.
Optische Messanordnung nach eine der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung (11; 11, 13) eine Erfassung der Höhe oder des Höhengradienten oder der Dicke oder des Dickengradienten an einer jeweiligen Messstelle im Wege einer Abstandsmessung oder Wegmessung oder Positionsmessung auf Grundlage der Erfassung oder Einstellung einer Fokussierung des Messlichts oder eines Wellenlängenanteils des Messlichts auf dem Oberflächenbereich vorsieht.
Optische Messanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung als konfokale Sensoranordnung oder chromatische oder konfokal chromatische Sensoranordnung (11; 11, 13) oder Autofokus-Sensoranordnung ausgeführt ist.
Optische Messanordnung nach eine der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung eine Erfassung der Höhe oder des Höhengradienten oder der Dicke oder des Dickengradienten an einer jeweiligen Messstelle im Wege einer Abstandsmessung oder Wegmessung oder Positionsmessung auf Grundlage der Erfassung oder Einstellung einer konfokalen Abbildung zwischen dem Oberflächenbereich und dem Lichtempfänger vorsieht.
Optische Messanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein konfokales Mikroskop die optische Sensoranordnung umfasst oder bildet.
Optische Messanordnung nach eine der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung eine Erfassung der Höhe oder des Höhengradienten oder der Dicke oder des Dickengradienten an einer jeweiligen Messstelle oder von Höhenwerten oder Höhengradientwerten oder Dickenwerten oder Dickengradientwerten eines Oberflächenprofils entlang wenigstens eines linienförmigen oder streifenförmigen Teilbereichs des Oberflächenbereichs im Wege einer Abstandsmessung oder Wegmessung oder Positionsmessung auf Grundlage eines resultierenden Winkels oder resultierender Winkel zwischen einem oder mehreren Messlicht-Strahlenbündeln einerseits und einem oder mehreren von dem Oberflächenbereich ausgehenden, auf einer Streuung oder Reflektion des Messlicht-Strahlenbündels bzw. der Messlicht-Strahlenbündel am Oberflächenbereich beruhenden Licht-Strahlenbündeln andererseits vorsieht.
Optische Messanordnung nach eine der Ansprüche 1 bis 10 oder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung eine Erfassung der Höhe oder Dicke an einer jeweiligen Messstelle oder von Höhenwerten oder Höhengradientwerten oder Dickenwerten oder Dickengradientwerten eines Oberflächenprofils entlang wenigstens eines linienförmigen oder streifenförmigen Teilbereichs des Oberflächenbereichs auf Grundlage der Projektion eines wenigstens eine Linie aufweisenden Lichtmusters über den Sendestrahlengang auf den Oberflächenbereich und der Erfassung wenigstens eines über den Empfangsstrahlengang unter einem Winkel zu wenigstens einem die Linie definierenden Projektionsstrahlenbündel auf den Lichtempfänger abgebildeten Linienbilds vorsieht.
Optische Messanordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung als Triangulations-Sensoranordnung oder Streifenprojektions-Sensoranordung ausgeführt ist.
Optische Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung eine Erfassung der Höhe oder des Höhengradienten oder der Dicke oder des Dickengradienten an einer jeweiligen Messstelle oder von Höhenwerten oder Höhengradientwerten oder Dickenwerten oder Dickengradientwerten eines Oberflächenprofils entlang wenigstens eines linienförmigen oder streifenförmigen Teilbereichs des Oberflächenbereichs auf Grundlage einer schrägen oder streifenden Beleuchtung des Oberflächenbereichs mit Messlicht über den Sendestrahlengang und einer Erfassung von resultierenden Schlagschatten auf dem Oberflächenbereich als Intensitäten oder Intensitätsgradienten des von dem Oberflächenbereich ausgehenden Lichts über den unter einem Winkel zum Sendestrahlengang, vorzugsweise zur Hochachse im Wesentlichen koaxial oder parallel verlaufenden Empfangsstrahlengang vorsieht.
Optische Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie für Messungen an einem flächigen oder bogen- oder bahnartigen Untersuchungsobjekt (14) vorgesehen ist, vorzugsweise an einer Materialbahn oder einem Materialbahnabschnitt oder Materialbogen, insbesondere Faserstoffbahn oder Faserstoffbahnabschnitt oder Faserstoffbogen, wie sie/er in der Papierindustrie oder Druckereianwendungen auftritt, insbesondere aus Papier oder Karton.
Optische Messanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei optische Sensoreinrichtungen (11, 13) vorgesehen sind, von denen die eine erste (11) der ersten Druckbeaufschlagungsseite (16; 16, 42; 60) zugeordnet ist, um auf eine erste Oberflächenseite des Untersuchungsobjekts anzusprechen, und von denen eine zweite (13) der zweiten Druckbeaufschlagungsseite (18; 18, 44; 62) zugeordnet sind, um auf eine zweite, zur ersten Oberflächenseite entgegengesetzte Oberflächenseite des Untersuchungsobjekts anzusprechen.
Optische Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagungsseiten (16, 18; 60, 62) oder zumindest die der optischen Sensoranordnung zugeordnete (16) der Druckbeaufschlagungsseiten dafür ausgeführt ist, mittels einer starren Oberfläche einen vorzugsweise zumindest näherungsweise flächigen, höchstvorzugsweise einer planen oder einer kreiszylindrischen Druckfläche entsprechenden Druck auf den Oberflächenbereich auszuüben.
Optische Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagungsseiten ((16, 42), (44, 18)) oder zumindest die der optischen Sensoranordnung zugeordnete der Druckbeaufschlagungsseiten dafür ausgeführt ist, mittels einer nachgiebigen, vorzugsweise elastisch nachgiebigen Oberfläche einen vorzugsweise zumindest näherungsweise flächigen, höchstvorzugsweise einer planen oder einer kreiszylindrischen Druckfläche entsprechenden Druck auf den Oberflächenbereich auszuüben.
Optische Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle nur einer einer der Druckbeaufschlagungsseiten zugeordneten optischen Sensoranordnung die andere Druckbeaufschlagungsseite (18) dafür ausgeführt ist, mittels einer starren Oberfläche einen vorzugsweise zumindest näherungsweise flächigen, höchstvorzugsweise einer planen oder einer kreiszylindrischen Druckfläche entsprechenden Druck auf den Oberflächenbereich auszuüben.
Optische Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle nur einer einer der Druckbeaufschlagungsseiten zugeordneten optischen Sensoranordnung die andere Druckbeaufschlagungsseite (50) dafür ausgeführt ist, mittels einer nachgiebigen, vorzugsweise elastisch nachgiebigen Oberfläche einen vorzugsweise zumindest näherungsweise flächigen, höchstvorzugsweise einer planen oder einer kreiszylindrischen Druckfläche entsprechenden Druck auf den Oberflächenbereich auszuüben.
Optische Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die Druckbeaufschlagungseinrichtung wenigstens eine zu einer der Druckbeaufschlagungsseiten zugehörige Druckplatte (16; 18) oder/und wenigstens einen zu einer der Druckbeaufschlagungsseiten zugehörigen Druckstempel umfasst.
Optische Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass dass die Druckbeaufschlagungseinrichtung wenigstens eine zu einer der Druckbeaufschlagungsseiten zugehörige, um eine Längsachse drehbar angeordnete, gewünschtenfalls durch einen Antrieb um die Längsachse in Drehung versetzbare Druckwalze (60, 62) umfasst.
Optische Messanordnung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (16, 18) oder/und der Druckstempel oder/und die Druckwalze (60, 62) zumindest bereichsweise lichtdurchlässig ausgeführt ist.
Optische Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Druckbeaufschlagungsseiten (60, 62) hinsichtlich wenigstens einer Eigenschaft oder auf das flächige Untersuchungsobjekt ausgeübten Wirkung einer in einer Maschine zur Herstellung oder/und Behandlung einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, gegebenenfalls aus Papier oder Karton, regelmäßig vorkommenden, auf die laufende Materialbahn berührend wirkenden Komponente nachgebildet ist.
Optische Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie für Messungen an einem bahnartigen, in einer Bahnlaufrichtung laufenden Untersuchungsobjekt (14) vorgesehen ist, vorzugsweise an einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn, wie sie in der Papierindustrie oder Druckereianwendungen auftritt, insbesondere aus Papier oder Karton.
Optische Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass sie Teil einer Maschine (70) zur Herstellung oder/und Behandlung einer laufenden Materialbahn (14), insbesondere Faserstoffbahn, gegebenenfalls aus Papier oder Karton, ist oder zum Einbau in eine solche Maschine vorgesehen ist.
Maschine zur Herstellung oder/und Behandlung einer laufenden Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn (14), gegebenenfalls aus Papier oder Karton, mit einer optischen Messanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die dafür vorgesehen und ausgeführt ist, mittels der wenigstens einen optischen Sensoreinrichtung ortsaufgelöste Dicken- oder Höhenmessungen oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassungen an der Materialbahn unter Druckbelastung durchzuführen.
Maschine nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Druckbeaufschlagungsseiten als Materialbahnbehandlungskomponente oder Materialbahnführungskomponente dient.
Maschine nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine gegebenfalls die elektronische Auswerteeinrichtung umfassende Steuer-/Regeleinheit (66) Messergebnisdaten oder Messergebnissignale von der optischen Sensoreinrichtung (11, 13) oder der gegenüber der Steuer-/Regeleinheit gesonderten elektronischen Auswerteeinrichtung empfängt und auf Grundlage dieser Messergebnisdaten oder Messergebnissignale eine in Laufrichtung der Materialbahn (14) nachfolgende, von der Materialbahn noch nicht passierte Maschineneinrichtung (64) oder Maschinenkomponente direkt oder indirekt ansteuert oder/und auf Grundlage dieser Messergebnisdaten oder Messergebnissignale eine in Laufrichtung der Materialbahn (14) vorausgehende, von der Materialbahn schon passierte Maschineneinrichtung (68) oder Maschinenkomponente direkt oder indirekt ansteuert.
Maschine nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschineneinrichtung (68) oder Maschinenkomponente, die Steuer/Regeleinheit (66), gegebenenfalls die Auswerteeinrichtung, die optische Sensoreinrichtung (11, 13) und gegebenenfalls eine oder mehrere Bestandteile der Maschine einen Regelkreis bilden.
Maschine nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschineneinrichtung (64) oder Maschinenkomponente, die Steuer-/Regeleinheit (66), gegebenenfalls die Auswerteeinrichtung, die optische Sensoreinrichtung (11, 13) und gegebenenfalls eine oder mehrere Bestandteile der Maschine eine Steuerkette bilden.
Maschine nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschineneinrichtung (64; 68) als Materialbahnbehandlungseinrichtung, gegebenenfalls Materialbahnveredelungseinrichtung, ausgeführt ist.
Maschine nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschineneinrichtung als Streicheinrichtung oder Kalandereinrichtung oder Presseneinrichtung ausgeführt ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschineneinrichtung als Materialbahnbildungseinrichtung ausgeführt oder Teil einer Materialbahnbildungseinrichtung ist.
Verfahren zur ortsaufgelösten Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung eines Untersuchungsobjekts (14) unter vorgegebener oder einstellbarer Druckbelastung, bei der ein vorzugsweise flächiges, gegebenenfalls bahnartiges oder bogenartiges Untersuchungsobjekt (14) zwischen einer ersten Druckbeaufschlagungsseite (16; 16, 42; 60) und einer zweiten Druckbeaufschlagungsseite (18; 18, 44; 50; 62) einer Druckbeaufschlagungseinrichtung platziert oder zumindest mit einem Abschnitt eingeführt wird, bei dem ein vorgegebener oder gewählter Druck, gegebenenfalls ein im Wesentlichen verschwindender Druck, auf das Untersuchungsobjekt an zumindest einem Oberflächenbereich wenigstens einer Oberfläche des Untersuchungsobjekts ausgeübt wird, und bei dem auf optischem Wege durch zumindest eine der Druckbeaufschlagungsseiten hindurch oder von zumindest einer der Druckbeaufschlagungsseiten aus die Dicken- oder Höhenmessung oder Oberflächenprofil- oder Oberflächentopographieerfassung an dem Oberflächenbereich durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine chromatische oder konfokal chromatische optische Abstands- oder Höhenmessung, oder wenigstens eine konfokale optische Abstands- oder Höhenmessung durch die Druckbeaufschlagungsseite bzw. von der Druckbeaufschlagungsseite aus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass es unter Verwendung einer optischen Messanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 30 oder/und in einer Maschine (70) nach einem der Ansprüche 31 bis 38 durchgeführt wird.
Simulations- oder Untersuchungsverfahren zur Simulation von Verfahrensschritten in einem Herstellungs- oder Behandlungsverfahren, das sich auf ein flächiges oder bogen- oder bahnartiges Objekt (14) bezieht, vorzugsweise eine Materialbahn oder einen Materialbahnabschnitt oder Materialbogen, insbesondere Faserstoffbahn oder Faserstoffbahnabschnitt oder Faserstoffbogen, wie sie/er in der Papierindustrie oder Druckereianwendungen auftritt, insbesondere aus Papier oder Karton, oder zur Untersuchung von Wirkungen, die in einem solchen Herstellungs- oder Behandlungsverfahren von Komponenten oder Einrichtungen auf ein solches Objekt ausgeübt werden, umfassend die wenigstens einmalige Durchführung des Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 41 in Bezug auf ein solches Objekt.
Steuer- oder Regelverfahren zur Steuerung oder Regelung wenigstens einer Maschinenkomponente oder Maschineneinrichtung (64; 68) in einer Maschine (70) zur Herstellung oder/und Behandlung einer laufenden Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn (14), gegebenenfalls aus Papier oder Karton, umfassend die wenigstens einmalige, vorzugsweise wiederholte oder kontinuierliche Durchführung des Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 41 in Bezug auf die laufende Materialbahn (14) und die Ansteuerung der Maschinenkomponente oder Maschineneinrichtung (64; 68) auf Grundlage wenigstens eines aus der Durchführung des Verfahrens resultierenden Mess- oder Erfassungsergebnisses.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 39 bis 42.