DE102006062776A1 - Method and device for thickness measurement - Google Patents
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Abstract
Die Materialstärke ausgedehnter Objekte kann dadurch effizient bestimmt werden, dass zwei Abstandsmesseinrichtungen verwendet werden, wobei eine erste Abstandsmesseinrichtung den Abstand zu einer ersten Hauptoberfläche des Objekts und eine zweite Abstandsmesseinrichtung den Abstand zu einer zweiten Hauptoberfläche des Objektes, der der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegt, bestimmt. Werden potentielle Messfehler aufgrund der ausgedehnten Geometrie dadurch vermieden, dass eine Referenzeinrichtung einen Referenzabstand zwischen der ersten Abstandsmesseinrichtung und der zweiten Abstandsmesseinrichtung bestimmt, kann mit hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit die Dicke des Objekts zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche bestimmt werden.The material thickness of extended objects can be efficiently determined by using two distance measuring devices, wherein a first distance measuring device determines the distance to a first main surface of the object and a second distance measuring device determines the distance to a second main surface of the object, which is opposite to the first main surface. If potential measurement errors due to the extended geometry are avoided by a reference device determining a reference distance between the first distance measuring device and the second distance measuring device, the thickness of the object between the first main surface and the second main surface can be determined with high accuracy and speed.
Description
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Dickenmessung von ausgedehnten geometrischen Objekten und insbesondere damit, wie die Dicke von in Bahnen hergestellten Materialien, wie Blechen, Folien oder Papier effizient bestimmt werden kann.The The present invention is concerned with the thickness measurement of extended geometric objects and in particular with it, as the thickness of web-produced materials, such as sheets, foils or paper can be determined efficiently.
Bei der Dickenmessung von geometrisch ausgedehnten Objekten ergeben sich eine Reihe von Problemen, insbesondere wenn, wie beispielsweise bei industriell vorgefertigten Blechen, die Dicke der zu untersuchenden Objekte in einem weiten Bereich variieren kann, wie beispielsweise von 0,01 mm bis zu mehreren Zentimetern. Ist dabei die geometrische Ausdehnung relativ zur Dicke der Objekte groß oder in einer Richtung sogar annäherungsweise unendlich, wie beispielsweise bei auf Rollen aufgewickelten Materialien wie Folien, Papier oder Blechen, besteht das Problem, dass die Dicke einer großen Fläche des Objekts mit einer einzigen Messung bestimmt werden muss, um die gesamte Messdauer auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Zusätzlich ergibt sich das Problem, dass gerade bei den Materialien, die in Form von Bahnen produziert werden, der Anspruch an die Toleranz der Dicke der Bahn typischerweise besonders groß ist. Beispielsweise werden im Automobilbau die Blechstärken teilweise mit äußerst geringen Toleranzen spezifiziert, da die Einhaltung der Blechstärke für das Crash-Verhalten der fertig montierten Fahrzeuge wesentlich ist. Bei der Kontrolle von Blechdicken ist darüber hinaus zu beachten, dass Bleche in Walzwerken typischerweise in hoher Geschwindigkeit produziert werden, so dass pro Zeiteinheit eine große Blechfläche überprüft werden muss. Unter anderem kommen auch industrielle Walzmaschinen zum Einsatz, die Bleche mit einer Breite von bis zu 3 Metern erzeugen können. Darüber hinaus besteht ein Blech aus einem für herkömmliche opti sche Strahlung undurchlässigen Material, was die Messung der Blechstärke zusätzlich erschwert. Taktile Verfahren, die ortsaufgelöst durch direkte Berührung der Blechoberflächen deren Dicke bestimmen können, kommen für einen solchen Einsatz kaum in Frage, da diese eine Vielzahl von Messpunkten mechanisch erfassen müssten, was den Aufwand und somit die Kosten für die Qualitätskontrolle erheblich erhöhen würde. Bei industriellen Herstellungsverfahren werden Bleche oftmals so schnell erzeugt, dass diese am Ausgang einer Walzvorrichtung mit so hoher Geschwindigkeit austreten, dass diese Bleche in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche Schwingungen durchführen. In solchen Fällen ist die Anwendung taktiler Verfahren prinzipiell nicht möglich. Ähnliche Überlegungen treffen neben Blechen für eine Vielzahl anderer ebener Materialien zu, wie beispielsweise Folien, Papier, Gläser oder ähnlichem, für die die Einhaltung einer spezifischen Materialstärke mit hoher Genauigkeit gefordert wird.at the thickness measurement of geometrically extended objects a number of problems, especially when, for example industrially prefabricated sheets, the thickness of the examined Objects in a wide range may vary, such as from 0.01 mm to several centimeters. Is this the geometric extension relative to the thickness of objects large or even in one direction approximately infinite, such as in rolls wound on materials like foils, paper or sheets, the problem is that the thickness a big one area of the object must be determined with a single measurement to keep the entire measurement period at an acceptable level. Additionally results itself the problem that just with the materials, which in the form of Lanes are produced that claim the tolerance of the thickness the web is typically very large. For example in the automotive industry, the sheet thicknesses sometimes with extremely low Tolerances specified because compliance with the plate thickness for the crash behavior the fully assembled vehicles is essential. In the control of Thickness is above In addition, note that sheets in rolling mills are typically in high speed are produced, so that per unit of time a big Sheet metal surface must be checked. Among other things, industrial rolling machines are used, which can produce sheets with a width of up to 3 meters. Furthermore There is a sheet of one for conventional opti cal Radiation impermeable Material, which makes it even more difficult to measure the sheet thickness. Tactile procedures, the spatially resolved by direct contact the sheet metal surfaces determine their thickness, come for such an application hardly in question, since these a multiplicity of Measuring points would have to capture mechanically what the effort and hence the cost of the quality control increase significantly would. In industrial manufacturing processes, sheets often do so quickly generates these at the output of a rolling device with so high speed emerge that these sheets in one direction perpendicular to the surface Perform vibrations. In such cases In principle, the use of tactile methods is not possible. Similar considerations meet next to sheet metal for a variety of other planar materials, such as Foils, paper, glasses or similar, for the the Compliance with a specific material thickness required with high accuracy becomes.
Aufgrund der oben skizzierten Probleme ist die Überwachung der Wandstärke während der Produktion äußerst aufwändig, bei Blechen erfolgt sie in der Regel radiometrisch, d. h. unter Verwendung von radioaktiven Quellen oder Röntgenröhren um Röntgenstrahlung zu erzeugen und auf radioaktive Strahlen bzw. auf Röntgenstrahlen sensitiven Detektoren. Dabei wird das zu prüfende Material mit Röntgenstrahlung oder Gamma-Strahlung durchleuchtet und die Wandstärke des durchleuchteten Materials wird durch die Strahlschwächung, die durch die Absorption der Strahlung im zu überprüfenden Material hervorgerufen wird, bestimmt. Dazu muss die Strahlintensität bzw. die ursprüngliche Strahlungsintensität bekannt sein und die nach dem Durchleuchten des Materials verbleibende Strahlungsintensität muss mittels geeigneter Detektoren nachgewiesen werden. Strahlungsempfindliche Detektoren sind im Allgemeinen äußerst aufwändige Apparate. Beispielsweise werden momentan üblicherweise Zählrohre eingesetzt, also Gas gefüllte, mit Hochspannung beaufschlagte Detektorrohre, da diese relativ langzeitstabil sind und eine geringe Drift (beispielsweise temperatur-induziert) aufweisen. Bei der Überwachung der Produktion von breiten Blechen, müssen teilweise bis zu 100 solcher Detektoren und gegebenenfalls mehrere Röntgenquellen eingesetzt werden, um über die gesamte Breite der bis zu 3 m breiten Bleche die erforderliche Ortsauflösung bzw. Empfindlichkeit der Dickenmessung zu erreichen. Dabei liegen realistisch erzielbare Messgenauigkeiten im Bereich von 0,1% der Wandstärke, somit bei beispielsweise 10 mm dicken Blechen etwa bei 10 μm. Ein evidenter Nachteil besteht dabei in den hohen Kosten, die eine solche Messapparatur mit sich bringt. Beispielsweise muss für jedes der Zählrohre einen Hochspannungskanal einer Hochspannungsversorgung und ein Auslese- bzw. Auswertkanal einer Signalverarbeitungselektronik bereitgehalten werden.by virtue of The problems outlined above is the monitoring of wall thickness during the Production extremely expensive, at Sheets is usually radiometrically, d. H. under use from radioactive sources or x-ray tubes X-rays and radioactive rays or X-rays sensitive detectors. The material to be tested becomes X-ray radiation or gamma radiation and the wall thickness of the transilluminated material is caused by the beam attenuation, the caused by the absorption of the radiation in the material to be tested is determined. For this purpose, the beam intensity or the original Radiation intensity known be and after the illumination of the material remaining radiation intensity must by means of suitable detectors are detected. radiation-sensitive Detectors are generally extremely expensive devices. For example, currently become common Counter tubes used, So gas filled, with high voltage applied detector tubes, since they are relatively long-term stability and have a low drift (for example temperature-induced). In monitoring the Production of wide sheets, sometimes up to 100 such Detectors and possibly several X-ray sources are used, to over the entire width of up to 3 m wide sheets required spatial resolution or to achieve the sensitivity of the thickness measurement. There are Realistically achievable measurement accuracies in the range of 0.1% of Wall thickness, Thus, for example, 10 mm thick sheets at about 10 microns. An obvious disadvantage consists in the high cost of such a measuring apparatus brings with it. For example, for each of the counter tubes a high voltage channel of a high voltage power supply and a readout or evaluation channel of signal processing electronics become.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die erzielbare Messgenauigkeit durch die Statistik der Röntgenstrahlung (Poisson-Statistik) bestimmt wird. Der Signal-Rausch-Abstand wird daher durch die Quadratwurzel der detektierten Röntgenquanten bestimmt. Bei gegebener zur Verfügung stehender Messzeit ist daher die Ortsauflösung bzw. die Dickenempfindlichkeit begrenzt. Obwohl prinzipiell die Messgenauigkeit durch längere Messdauer bzw. Integrationszeit erhöht werden kann, ist dies im industriellen Maßstab nicht beliebig möglich, da in endlicher Zeit das aus einer Produktionsstraße kommende Material überprüft werden muss. Die prinzipiell auch mögliche Erhöhung der Aktivität der verwendeten Röntgenquellen erhöht auch das Risiko bei einem Strahlungsunfall und kann somit nur bedingt dazu beitragen, die Geschwindigkeit der Messung bzw. die erzielbare Messgenauigkeit zu steigern.One Another disadvantage is that the achievable accuracy through the statistics of X-rays (Poisson statistics). The signal-to-noise ratio therefore becomes determined by the square root of the detected X-ray quanta. at given standing measuring time is therefore the spatial resolution or the thickness sensitivity limited. Although in principle the measurement accuracy due to longer measurement duration or integration time increased can be, this is not arbitrarily possible on an industrial scale, since in a finite time the material coming from a production line is checked got to. The principle also possible increase the activity the X-ray sources used elevated also the risk of a radiation accident and thus can only conditionally contribute to the speed of measurement or achievable Increase measuring accuracy.
Für den Einsatz in Verbindung mit ausgedehnten Materialien, wie beispielsweise Blech-Rollen ist darüber hinaus das Röntgenverfahren deswegen nur bedingt geeignet, da die typischen Detektoren (Zählrohre) die kommerziell erhältlich sind, eine Ausdehnung von lediglich einigen Zentimetern aufweisen, so dass, wie bereits oben erwähnt, eine Vielzahl solcher Detektoren verwendet werden muss. Zusätzlich wird die erzielbare Ortsauflösung durch die endliche Ausdehnung der Zählrohre stark begrenzt, da ein einzelnes Zählrohr jeweils nur die Existenz eines Gamma-Quants in der von ihm überdeckten Fläche nachweisen kann, wobei eine weitere Differenzierung des Ortes des Gamma-Quants innerhalb des Zählrohrs nicht möglich ist.For use in conjunction with out In addition, the X-ray method is therefore only suitable to a limited extent because the typical detectors (counter tubes) which are commercially available have an extent of only a few centimeters, so that, as already mentioned above, a large number of such detectors must be used. In addition, the achievable spatial resolution is greatly limited by the finite extent of the counter tubes, since a single counter tube can only detect the existence of a gamma quantum in the area covered by it, with a further differentiation of the location of the gamma quantum within the counter tube not possible is.
Die dem Stand der Technik entsprechenden Röntgenverfahren haben also den Nachteil, nur eine begrenzte Ortsauflösung erzielen zu können, sowie Detektoren zu verwenden, deren Anschaffung und Betrieb äußerst aufwändig und kostenintensiv ist.The The X-ray methods corresponding to the prior art thus have the Disadvantage of being able to achieve only a limited spatial resolution, as well as detectors to use, the purchase and operation is extremely complex and costly.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Bestimmung der Materialstärke eines Objekts mit höherer Ortsauflösung und effizienter als bisher möglich ist.The Object of the present invention is therefore a device and to provide a method by which the determination of the material thickness of a Object with higher spatial resolution and more efficient than previously possible is.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst.These The object is achieved by a device according to claim 1 and by a method according to claim 14 solved.
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die Materialstärke ausgedehnter Objekte dadurch effizient bestimmt werden kann, dass zwei Abstandsmesseinrichtungen verwendet werden, wobei eine erste Abstandsmesseinrichtung den Abstand zu einer ersten Hauptoberfläche des Objekts und eine zweite Abstandsmesseinrichtung den Abstand zu einer zweiten Hauptoberfläche des Objektes, die der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegt, bestimmt. Werden potentielle Messfehler aufgrund der ausgedehnten Geometrie dadurch vermieden, dass eine Referenzeinrichtung einen Referenzabstand zwischen der ersten Abstandsmesseinrichtung und der zweiten Abstandsmesseinrichtung bestimmt, kann mit hoher Genauigkeit und Geschwindig keit die Dicke des Objekts zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche bestimmt werden.Of the The present invention is based on the finding that the material thickness extended objects can be efficiently determined by that two distance measuring devices are used, wherein a first Distance measuring device the distance to a first main surface of the Object and a second distance measuring device the distance to a second main surface of the object facing the first major surface. Become thereby avoiding potential measurement errors due to the extended geometry that a reference means a reference distance between the first distance measuring device and the second distance measuring device determined, the thickness can with high accuracy and speed of the object between the first main surface and the second main surface become.
Dabei kommen bevorzugt Detektoren bzw. Abstandsmesseinrichtungen zum Einsatz, die mittels einer einzigen Messung den Abstand zu einem ausgedehnten Bereich auf der Oberfläche des Objekts bestimmen können. Dies ist beispielsweise bei Anwendung des Lichtschnittverfahrens möglich.there preferably detectors or distance measuring devices are used, the distance to an extended one by a single measurement Area on the surface of the object. This is for example when using the light-section method possible.
In anderen Worten besteht der Grundgedanke der Erfindung also darin, die Dicke eines Bahnmaterials dadurch zu bestimmen, dass der Abstand von Ober- und Unterseite des Bahnmaterials zu einem über bzw. unter dem Bahnmaterial angebrachten Detektor bestimmt wird, der beispielsweise eine linienförmige Messung des Abstands ermöglicht. Geeignet ist hierfür beispielsweise das Lichtschnittverfahren. Das Problem der Oberflächenvermessung ausgedehnter Objekte besteht generell darin, dass aufgrund der Ausdehnung (beispielsweise der großen Breiten von Bahnmaterialien) ein mechanischer Aufbau zur Aufhängung der Detektoren über und unter dem Objekt (Bahnmaterial) erforderlich ist. Aufgrund der großen geometrischen Ausdehnung kann nicht sichergestellt werden, dass Vibrationen oder thermische Deformationen das Messergebnis nicht verfälschen, insbesondere, da hochpräzise Messungen im Bereich einiger Mikrometer durchgeführt werden sollen. Solche Vibrationen oder Deformationen könnten daher zu einem Messfehler außerhalb der üblicherweise geforderten Toleranzen führen. Erfindungsgemäß wird diesem Problem dadurch begegnet, dass eine Referenzeinrichtung zum Bestimmen eines Referenzabstands zwischen der ersten Abstandsmesseinrichtung und der zweiten Abstandsmesseinrichtung verwendet wird. Dadurch wird eine etwaige Veränderung des Abstands der beiden Detektoreinrichtungen ober- bzw. unterhalb des Bahnmaterials sowie zusätzlich optional eine mögliche Verkippung eines oder mehrerer Messköpfe senkrecht zur Messrichtung vermieden. Wird beispielsweise Bahnmaterial vermessen, könnte eine solche Verkippung entlang der Vorschubrichtung des produ zierten Bahnmaterials einen zusätzlichen Messfehler verursachen, der erfindungsgemäß korrigiert werden kann.In In other words, the basic idea of the invention is to to determine the thickness of a web material by the distance from the top and bottom of the web material to an over or Under the web material attached detector is determined, the for example, a linear Measurement of the distance allows. Suitable for this for example, the light-section method. The problem of surface measurement extended objects generally consists in that due to the expansion (for example, the large latitudes of sheet materials) a mechanical structure for suspending the Detectors over and below the object (web material) is required. Due to the huge geometric extension can not be guaranteed that Vibrations or thermal deformations do not affect the measurement result distort, especially because of high precision Measurements in the range of a few micrometers should be carried out. Such vibrations or deformations could therefore to a measurement error outside the usual lead to required tolerances. According to the invention this Problem encountered by that a reference device for determining a reference distance between the first distance measuring device and the second distance measuring device is used. Thereby will be a possible change the distance of the two detector devices above and below of the web material as well as in addition optional one possible Tilting of one or more measuring heads perpendicular to the measuring direction avoided. If, for example, web material is measured, one could such tilt along the feed direction of the produ ed Railway material an additional Cause measurement errors that can be corrected according to the invention.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird daher eine erste Lichtschnittmesseinrichtung eingesetzt, um einen ersten Abstand zwischen der ersten Lichtschnittmesseinrichtung und einer ersten Hauptoberfläche eines zu vermessenden Bahnmaterials zu bestimmen. Eine zweite Lichtschnittmesseinrichtung wird verwendet, um einen zweiten Abstand von der zweiten Lichtschnittmesseinrichtung zu einer zweiten, der ersten Hauptoberfläche des Bahnmaterials gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Bahnmaterials zu bestimmen. Mittels einer Referenzeinrichtung wird zusätzlich als Referenzabstand der Abstand der ersten Lichtschnittmesseinrichtung von der zweiten Lichtschnittmesseinrichtung in Messrichtung bestimmt. Die Messrichtung ist dabei diejenige Richtung, die zur Dicke des Objekts parallel verläuft, also senkrecht auf den Hauptoberflächen steht.at an embodiment The present invention therefore provides a first light-slit measuring device used to a first distance between the first light-slit measuring device and a first main surface to determine a to be measured web material. A second light-slit measuring device is used a second distance from the second light slit measuring device to a second, opposite the first main surface of the web material main surface of the web material. By means of a reference device will be added as the reference distance, the distance of the first light-slit measuring device determined by the second light-slit measuring device in the measuring direction. The Measuring direction is that direction, the thickness of the object runs parallel, So it is perpendicular to the main surfaces.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Messeinrichtung dazu verwendet, die Dicken von Blechen, die von einer Presse produziert werden, unmittelbar nach der Produktion zu überprüfen. Dazu werden die Bleche in einer Vorschubrichtung zwischen der ersten Lichtschnittmesseinrichtung und der zweiten Lichtschnittmesseinrichtung bewegt.According to an embodiment of the present invention, the measuring device is used to check the thicknesses of sheets produced by a press immediately after production. For this purpose, the sheets are in a feed direction between the first light-slit measuring device and the second light section moved measuring device.
Der große Vorteil des Verwendens von berührungslosen Lichtschnittmesseinrichtungen liegt dabei darin, dass mittels einer einzigen Messung der Abstand des Bahnmaterials bzw. der Blechbahn zum Messkopf über eine Breite von mehr als 1 m linienförmig erfasst werden kann. Das heißt, mittels nur einer einzigen Messung kann ein Höhenprofil senkrecht zur Vorschubrichtung gewonnen werden, das mehr als 1 m Materialbreite beschreibt. Dabei ist zusätzlich die Ortsauflösung im Vergleich zu Strahlungsdetektoren dadurch stark erhöht, dass die die Auflösung in Vorschubrichtung begrenzende geometrische Ausdehnung des projizierten Lichtstreifens in Vorschubrichtung prinzipiell beliebig klein gemacht werden kann. Durch Variation der Vorschubgeschwindigkeit des aus der Presse kommenden Blechmaterials lässt sich somit die Ortsauflösung der Topographie-Information, also der Höheninformation auf der Oberfläche des zu untersuchenden Materials bzw. des Dickenprofils, beliebig variieren.Of the size Advantage of using non-contact Lichtschnittmesseinrichtungen lies in the fact that by means of a single measurement of the distance of the web material or the sheet metal web to the measuring head a width of more than 1 m linear can be detected. The is called, By means of a single measurement can be a vertical profile perpendicular to the feed direction which describes more than 1 m material width. there is additionally the spatial resolution compared to radiation detectors thereby greatly increased that the the dissolution in the feed direction limiting geometric extension of the projected Strip of light in the feed direction made basically arbitrarily small can be. By varying the feed rate of the The sheet metal material coming from the press can thus be the spatial resolution of Topography information, ie the height information on the surface of the to be examined material or the thickness profile, vary as desired.
Bei einem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als Referenzeinrichtung zum Bestimmen des Referenzabstands zwischen der ersten und der zweiten Lichtschnittmesseinrichtung bzw. zwischen der ersten und der zweiten Abstandsmesseinrichtung ein Strahlungsdetektor verwendet. Der Strahlungsdetektor bestimmt dabei für eine Position auf der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts die Materialstärke desselben durch Messung der durch Absorption verlorenen Strahlungsintensität. Im selben Oberflächenbereich wird von der ersten und der zweiten Lichtschnittmesseinrichtung eine Abstandsmessung des Oberflächenbereichs zur Lichtschnittmesseinrichtung durchgeführt. Aufgrund der radiometrisch bestimmten Dicke des zu untersuchenden Objekts in einem kleinen geometrischen Bereich und der Messung der Abstände der Lichtschnittmesseinrichtungen zu eben diesem Bereich kann als Referenzabstand der genaue Abstand der ersten und zweiten Lichtschnittmesseinrichtung mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Eventuelle thermisch- oder mechanisch-induzierte Abstandsvariationen können somit mit hoher Präzision kompensiert werden.at A comparative example of the present invention is used as a reference device for determining the reference distance between the first and the second Light slit measuring device or between the first and the second Distance measuring device uses a radiation detector. The radiation detector determines for a position on the surface of the object to be examined the material thickness of the same by measurement the radiation intensity lost by absorption. In the same surface area is from the first and the second light-slit measuring device a distance measurement of the surface area performed for light slit measuring device. Due to the radiometric determined thickness of the object to be examined in a small geometric range and the measurement of the distances of the light-slit measuring devices to just this area can be used as a reference distance of the exact distance the first and second light-slit measuring device with high accuracy be determined. Possible thermally or mechanically induced distance variations can thus with high precision be compensated.
Entgegen dem Stand der Technik müssen aufwändige und kostenintensive radiometrische Abstandsmessverfahren nur für einen begrenzten Bereich auf der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts, bzw. einmal je Abstandsmesseinrichtung, verwendet werden müssen. Dadurch können die Kosten reduziert werden. Aus den oben genannten Gründen wird darüber hinaus die erzielbare Ortsauflösung des zu vermessenden Dickenprofils mittels des Lichtschnittverfahrens erheblich erhöht.opposite The prior art must be elaborate and Costly radiometric distance measuring methods for only one limited area on the surface of the object to be examined, or once per distance measuring device, must be used. Thereby can the costs are reduced. For the reasons mentioned above will about that In addition, the achievable spatial resolution of the thickness profile to be measured by means of the light section method significantly increased.
Bei einem weiteren Vergleichsbeispiel kann die erzielbare Messgenauigkeit in Dickenrichtung dadurch zusätzlich erhöht werden, dass eine zweite radiometrische Messung mittels einer Röntgeneinrichtung durchgeführt wird, wobei die Röntgeneinrichtung mit der ersten Lichtschnittmesseinrichtung und der zweiten Lichtschnittmesseinrichtung verbunden ist. Erfolgt die Messung mit der zweiten Röntgeneinrichtung entlang einer anderen Röntgenrichtung als mittels der ersten Röntgeneinrichtung, also beispielsweise unter einem anderen Winkel relativ zur Oberfläche des zu untersuchenden Objekts, kann auf eine eventuelle Verkippung bzw. ein eventuelles geometrisches Misalignment der Lichtschnittmesseinrichtungen geschlossen werden. Dadurch lässt sich die Messgenauigkeit zusätzlich steigern, indem zusätzlich zum Abstand der beiden Lichtschnittmesseinrichtungen auch eine Korrektur auf fehlerhafte relative Ausrichtung in einer weiteren Dimension der beiden Lichtschnittmesseinrichtungen zueinander durchgeführt werden kann.at a further comparative example, the achievable accuracy in the thickness direction thereby additionally elevated be that a second radiometric measurement by means of an X-ray device carried out is, the X-ray device with the first light-slit measuring device and the second light-slit measuring device connected is. If the measurement with the second X-ray device along another x-ray direction as by means of the first X-ray device, so for example at a different angle relative to the surface of the object to be examined, can on a possible tilting or a possible geometric misalignment of the light-slit measuring devices getting closed. By doing so leaves the measuring accuracy in addition boost by adding in addition to the distance of the two light-slit measuring devices also a correction on incorrect relative alignment in another dimension the two light-slit measuring devices are performed to each other can.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird auf einer oder auf beiden Seiten des zu vermessenden Bahnmaterials bzw. Objekts ein Referenzobjekt vorbestimmter, bekannter Dicke angebracht, so dass dieses zusätzlich von beiden Lichtschnittmesseinrichtungen zusammen mit der Oberfläche des zu vermessenden Objekts vermessen wird. Die Lichtschnittmesseinrichtungen müssen also so angeordnet sein, dass ein Teil der von den Lichtschnittmesseinrichtungen auf der Oberfläche des Objekts erzeugten Messlichtstreifen auf den den Lichtschnittmesseinrichtungen zugewandten Oberflächen der Referenzobjekte abgebildet werden.at an embodiment The present invention is on one or both sides of the web material or object to be measured a reference object predetermined, known thickness attached, so that this addition of both light slit measuring devices together with the surface of the to measure the object to be measured. The light-slit measuring devices must therefore be arranged so that part of the light-slit measuring devices on the surface the measuring light strip generated on the light slit measuring devices facing surfaces the reference objects are mapped.
Die Bestimmung des Referenzabstands kann dann dadurch erfolgen, dass der Abstand der ersten und der zweiten Lichtschnittmesseinrichtung zu den ihnen zugewandten Oberflächen des Referenzobjekts gleichzeitig mit dem Abstand zum zu vermessenden Objekt bestimmt wird. Da die Dicke des Referenzobjekts exakt bekannt ist, kann als Referenzabstand der Abstand zwischen der ersten Lichtschnittmesseinrichtung und der zweiten Lichtschnittmesseinrichtung einfach berechnet werden. Erfindungsgemäß wird daher oft ein Material für die Referenzobjekte verwendet, das einer geringen thermischen Ausdehnung unterliegt.The Determination of the reference distance can then take place in that the distance of the first and the second light-slit measuring device to the surfaces facing them of the reference object simultaneously with the distance to be measured Object is determined. Because the thickness of the reference object is known exactly is, as a reference distance, the distance between the first light-slit measuring device and the second light-slit measuring device are easily calculated. Therefore, according to the invention often a material for uses the reference objects that have a low thermal expansion subject.
Sofern es geometrisch möglich ist, entsprechende Referenzobjekte gleichzeitig mit dem zu untersuchenden Objekt von den Lichtschnittmesseinrichtungen aufnehmen zu lassen, kann durch einfaches Einbringen kostengünstiger Referenzobjekte die Einhaltung der Messgenauigkeit sichergestellt werden. Die Verwendung von kostspieligen Röntgendetektoren kann somit vollständig entfallen.Provided it is geometrically possible is, corresponding reference objects simultaneously with the one to be examined To have the object recorded by the light slit measuring devices, can by simple introduction of cost-effective reference objects the Compliance with the measurement accuracy can be ensured. The usage of expensive X-ray detectors can thus completely omitted.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die erzielbare Messgenauigkeit dadurch zusätzlich erhöht, dass auf beiden Seiten eines zu untersuchenden Bahnmaterials Referenzobjekte angebracht werden.In a further embodiment of the Present invention, the achievable measurement accuracy is further increased by the fact that reference objects are mounted on both sides of a web material to be examined.
Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung das Potential besitzt, eine höhere Ortsauflösung zu erreichen und insgesamt die Messgeschwindigkeit zu erhöhen, wobei gleichzeitig die Kosten der verwendeten Detektoren gegenüber dem Stand der Technik deutlich gesenkt werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass radiometrische Detektoren teilweise oder ganz durch andere Messsysteme ergänzt werden, die Abstände auf einer Linie oder in einem ausgedehnten geometrischen Bereich ermitteln können, wie beispielsweise Lichtschnittverfahren.In summary It can therefore be said that the method according to the invention or the device according to the invention has the potential, a higher one spatial resolution to achieve and overall increase the measuring speed, while at the same time the cost of the detectors used compared to the prior art clearly can be lowered. This is achieved by partially radiometric detectors or completely supplemented by other measuring systems, the distances on determine a line or in a broad geometric area can, such as light section method.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen, näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the enclosed drawings, closer explained. Show it:
Da
in den folgenden Absätzen
das erfindungsgemäße Konzept
unter Verwendung von Lichtschnittmesseinrichtungen beschrieben wird,
soll anhand von
Der
Messlichtstreifen
Wird
auf der Oberfläche
Äquivalente Überlegungen
gelten, wenn die Oberfläche
des Objekts nicht eben ist. Mittels des in
Es
werden für
Lichtschnittmessverfahren spezialisierte Sensoren
Zusammenfassend
weisen Lichtschnittmessverfahren also den erheblichen Vorteil auf,
dass mit hoher Geschwindigkeit die Höheninformation entlang einer
räumlich
ausgedehnten Messlinie
Wird
die Oberfläche
Bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden daher zur Illustration des erfindungsgemäßen Konzepts jeweils Lichtschnittmessverfahren verwendet. Das erfindungsgemäße Konzept ist in seiner Anwendung jedoch in keinster Weise auf das verwendete Lichtschnittmessverfahren beschränkt. Vielmehr können jedwede anderen Messverfahren, die die Topographie einer Oberfläche durch Abstandsmessung vermessen können, erfindungsgemäß verwendet werden.at the embodiments of the present invention described below The invention will therefore be illustrative of the inventive concept each used Lichtschnittmessverfahren. The inventive concept However, in its application is in no way on the used Light section measuring method limited. Rather, you can any other measuring method that undergoes the topography of a surface Can measure distance measurement, used according to the invention.
Die
erste und die zweite Abstandsmesseinrichtung
Als
Referenzabstand kann mittels der Röntgenquelle
Die
aufwändige
Röntgentechnik
wird nur an einem geometrisch stark begrenzten Teil der Oberfläche des
Objekts
In
Wie
es in
Im
in
Da
die Dicke der Referenzobjekte
Obwohl
die Verwendung von zwei Referenzobjekten
Mit
anderen Worten zeigt
Bei
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird als Messlichtstreifen ein Lichtstreifen
monochromatischen Lichts, beispielsweise Licht, das durch einen
Laser erzeugt wird, verwendet. Um auf den Oberflächen der statischen Referenzobjekte
Alternativ zur Verwendung von Laserlicht kann eine Weißlichtquelle zur Projektion einer Lichtlinie herangezogen werden, wobei die Referenzobjekte dann statisch angeordnet sein können.alternative For using laser light, a white light source can be used for projection a light line are used, the reference objects then statically arranged.
Werden
Lichtschnittmesseinrichtungen verwendet, kann die Vorschubgeschwindigkeit
des Objekts
Darüber hinaus kann durch Mittelung des Messsignals über mehrere Spuren des Sensors und durch zeitliche Filterung der Messdaten eine weitere Verbesserung der Genauigkeit der Dickenbestimmung erreicht werden, wenn Lichtschnittmessvorrichtungen verwendet werden. Dies ist möglich, da Lichtschnittsensoren selbst bei 1,5 m Breite des Lichtschnittmessstreifens eine Auflösung von 1 mm senkrecht zur Vorschubrichtung erlauben und die Messfrequenz von Lichtschnittsensoren wesentlich höher als die typischerweise erforderliche Zeitauflösung ist.Furthermore can be achieved by averaging the measurement signal over several tracks of the sensor and by temporal filtering of the measurement data, a further improvement the accuracy of the thickness determination can be achieved when light section measuring devices be used. This is possible, because light section sensors even at 1.5 m width of the light section measuring strip a resolution of 1 mm perpendicular to the feed direction and the measuring frequency of light section sensors much higher than those typically required time resolution is.
Die
Zur Unterscheidung der unterschiedlichen Messlichtstreifen im Überlappbereich, der von zwei Lichtschnittmesseinrichtungen gleichzeitig beobachtet wird, können beispielsweise unterschiedliche Lichtwellenlängen mit korrespondierenden Wellenlängenfiltern verwendet werden. Prinzipiell sind auch andere Methoden denkbar, beispielsweise eine Feinstrukturierung der unterschiedlichen Messlichtstreifen, etwa indem der Messlichtstreifen in bestimmten Abständen unterbrochen ist, sodass eine Identifizierung über dieses Muster erreicht werden kann.to Differentiation of the different measuring light stripes in the overlap area, that of two light-slit measuring devices observed simultaneously will, can For example, different wavelengths of light with corresponding Wavelength filters be used. In principle, other methods are also conceivable for example, a fine structuring of the different measuring light strips, for example by the measuring light strip interrupted at certain intervals so that identification via this pattern is achieved can be.
Wie
im Folgenden nochmals beschrieben, ist es durch die Verwendung des
erfindungsgemäßen Konzepts
also möglich,
die Dicke von Objekten zu bestimmen, welche eine geometrische Ausdehnung besitzen,
die über
die maximal mit einer einzigen Lichtschnittmesseinrichtung zugänglichen
Breite hinausgeht. Anhand der
Im
in
Um
aus den in
Obwohl
in
Zusammenfassend
kann man also sagen, dass selbst wenn die Bahnbreite größer ist
als diejenige Breite, die mit einer einzelnen Abstandsmesseinrichtung
bzw. Anordnung von jeweils einem über und einem unter dem Bahnmaterial
bzw. dem Objekt
Im
letzten Schritt werden die Ergebnisse durch Vergleich mit den bekannten
Dicken der Referenzobjekte abgeglichen. Nach diesem Schritt liegen für jeden
Messpunkt Dickenwerte für
das Bahnmaterial vor. Im in
Anhand
von
In
einem zweiten Abstandsmessschritt
In
einem dritten Schritt
In
einem Auswerteschritt
Obwohl
in den vorangegangenen beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung als Abstandmesseinrichtungen Lichtschnittsensoren verwendet
wurden, können
als Abstandsmesseinrichtungen andere Messeinrichtungen, als die
in den Ausführungsbeispielen
beschriebenen Lichtschnittmessverfahren verwendet werden. Es kommen
beispielsweise Laufzeitverfahren, wie Ultraschall-Echoverfahren
oder Radar-Echoverfahren in Betracht, die beispielsweise Interferenzen
der reflektierten und der ausgesendeten Signale verwenden können, um
eine präzise
Abstandsinformation zu erhalten. Obwohl in den
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