DE102009027430A1

DE102009027430A1 - Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Dicke einer Materialbahn

Info

Publication number: DE102009027430A1
Application number: DE200910027430
Authority: DE
Inventors: Willy Dr. Knabe; Pekka Typpo; Jörg Bröckel
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Dicke einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, mittels einer Sensoranordnung, die wenigstens zwei optische Sensoren umfasst, zwischen denen die Materialbahn hindurchführbar und über die die Materialbahn jeweils mit Licht beaufschlagbar und von der Materialbahn reflektiertes und zurückgestreutes Licht erfassbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Materialbahn über die auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn angeordneten optischen Sensoren mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge beaufschlagt wird und dass in einem jeweiligen optischen Sensor von der Material reflektiertes und zurückgestreutes Licht mit einer Wellenlänge, die der Wellenlänge des Lichts entspricht, mit dem die Materialbahn über den gegenüberliegenden optischen Sensor beaufschlagt wird, herausgefiltert wird. Es wird auch eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Dicke einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, mittels einer Sensoranordnung, die wenigstens zwei optische Sensoren umfasst, zwischen denen die Materialbahn hindurchführbar und über die die Materialbahn jeweils mit Licht beaufschlagbar und von der Materialbahn reflektiertes und zurückgestreutes Licht erfassbar ist. Sie betrifft ferner eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 8 angegebenen Art.
Optische Dickensensoren zur berührungslosen Bestimmung der Dicke einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, sind aus den Druckschriften EP 1 855 082 A1 und EP 1 855 083 A1 bekannt.
Die auf den beiden einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn positionierten optischen Sensoren müssen exakt in derselben optischen Achse angeordnet sein, um Fehlmessungen durch eine nicht senkrecht zur optischen Achse verlaufende Materialbahn bzw. Papierbahn zu vermeiden. Dabei können sich die auf unterschiedlichen Seiten der Materialbahn vorgesehenen optischen Sensoren jedoch gegenseitig beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen eine gegenseitige Beeinflussung der auf unterschiedlichen Seiten der Materialbahn vorgesehenen optischen Sensoren ausgeschlossen ist.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Materialbahn über die auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn angeordneten optischen Sensoren mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge beaufschlagt wird und dass in einem jeweiligen optischen Sensor von der Materialbahn reflektiertes und zurückgestreutes Licht mit einer Wellenlänge, die der Wellenlänge des Lichts entspricht, mit dem die Materialbahn über den gegenüberliegen optischen Sensor beaufschlagt wird, herausgefiltert wird.
Aufgrund dieser Ausgestaltung ist insbesondere auch bei dünneren Materialbahnen, die teilweise lichtdurchlässig sein können, eine gegenseitige Beeinflussung der auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn angeordneten optischen Sensoren ausgeschlossen.
Dabei kann insbesondere auch die Lichtleistung an die jeweilige Papiersorte angepasst werden.
Vorteilhafterweise werden optische Sensoren mit jeweils einem Lichtsender zur Erzeugung des die Materialbahn beaufschlagenden Lichts verwendet, wobei mittels der Lichtsender der aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn angeordneten optischen Sensoren Licht unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt wird. Dabei können als Lichtsender insbesondere Dioden eingesetzt werden.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn optische Sensoren mit jeweils einer Detektoreinrichtung für den Empfang von von der Materialbahn reflektierten und zurückgestreuten Lichts verwendet werden und in einem jeweiligen optischen Sensor die Filterung des von der Materialbahn reflektierten und zurückgestreuten Lichts erfolgt, bevor dieses auf die Detektoreinrichtung trifft.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem jeweiligen optischen Sensor zur Filterung des von der Materialbahn reflektierten und zurückgestreuten Lichts in den Strahlengang des von der Materialbahn reflektierten und zurückgestreuten Lichts ein optisches Bandpassfilter eingesetzt.
Bevorzugt wird mittels eines jeweiligen optischen Sensors dessen Abstand zur Materialbahn ermittelt.
Der Abstand zwischen den aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn angeordneten optischen Sensoren wird vorteilhafterweise magnetisch ermittelt.
Die Dicke der Materialbahn kann insbesondere aus dem vorzugsweise magnetisch ermittelten Abstand zwischen den auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn angeordneten optischen Sensoren und den über die optischen Sensoren ermittelten Abständen zwischen den auf einander gegenüberliegende Seiten der Materialbahn angeordneten optischen Sensoren und der Materialbahn bestimmt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Materialbahn über die auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn angeordneten optischen Sensoren mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge beaufschlagbar ist und dass die optischen Sensoren jeweils Filtermittel umfassen, um von der Materialbahn reflektiertes und zurückgestreutes Licht mit einer Wellenlänge, die der Wellenlänge des Lichts entspricht, mit dem die Materialbahn über den gegenüberliegen optischen Sensor beaufschlagt wird, herauszufiltern.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Übrigen können die optischen Sensor insbesondere so ausgeführt sein, wie dies in der EP 1 855 082 A1 oder EP 1 855 083 A1 beschrieben ist.
So ist aus der EP 1 855 082 A1 beispielsweise ein optischer Sensor mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Entfernung zu einem Objekt bekannt, bei der zumindest eine Linsenanordnung vorgesehen ist, um Licht von einer Lichtquelle, insbesondere Laserlichtquelle, auf das Objekt zu fokussieren und vom Objekt reflektiertes und zurück gestreutes Licht zu sammeln, eine Lochblende mit einer kreisförmigen Öffnung vorgesehen ist, um aus dem reflektierten und zurückgestreuten Licht einen kreisförmigen Lichtstrahl zu bilden, und eine den kreisförmigen Lichtstrahl empfangende Detektoreinrichtung vorgesehen ist, die auf den Lichtstrahldurchmesser anspricht, wobei die Bestimmung des Abstandes zu dem Objekt auf der Basis von Signalen von der Detektoreinrichtung erfolgt. Ein insbesondere der Detektoreinrichtung zugeordneter Analysator kann zur Bestimmung der Dicke des Objekts ausgeführt sein. Dabei kann auf beiden Seiten des Objekts jeweils wenigstens eine Linsenanordnung vorgesehen sein, und die auf unterschiedlichen Seiten angeordneten Linsenanordnungen können einen definierten Abstand voneinander aufweisen. Die Dicke des Objekts kann in diesem Fall insbesondere dadurch bestimmt werden, dass die jeweils ermittelten Abstände zwischen den auf den beiden Seiten des Objekts vorgesehenen Linsenanordnungen zum Objekt aufsummiert werden und die erhaltene Summe vom definierten Abstand zwischen den Linsenanordnungen subtrahiert wird.
In der EP 1 855 083 A1 ist ein vergleichbarer optischer Sensor beschrieben, bei dem eine Lichtquelle geringer Kohärenz verwendet wird, die insbesondere eine Superlumineszenzdiode umfassen kann. Zwischen einer jeweiligen Linsenanordnung und dem Objekt kann ein optisches Fenster vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur dieser Zeichnung in schematischer Darstellung zwei aufeinander gegenüberliegenden Seiten einer Materialbahn 10 angeordnete optische Sensoren 12, 14 einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung der Materialbahndicke. Bei der Materialbahn 10 kann es sich beispielsweise um eine Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn handeln.
Die Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung der Dicke einer Materialbahn umfasst wenigstens zwei solche optische Sensoren 12, 14, zwischen denen die Materialbahn 10 hindurchführbar und über die die Materialbahn 10 jeweils mit Licht beaufschlagbar und von der Materialbahn 10 reflektiertes und zurückgestreutes Licht erfassbar ist.
Dabei ist die Materialbahn 10 über die auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn 10 angeordneten optischen Sensoren 12, 14 mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge beaufschlagbar. Zudem umfassen die optischen Sensoren 12, 14 jeweils Filtermittel 16, um von der Materialbahn 10 reflektiertes und zurückgestreutes Licht mit einer Wellenlänge die der Wellenlänge des Lichts entspricht, mit dem die Materialbahn 10über den gegenüberliegenden optischen Sensor beaufschlagt wird, herauszufiltern.
Die optischen Sensoren 12, 14 können jeweils einen Lichtsender 18 zur Erzeugung des die Materialbahn 10 beaufschlagenden Lichts umfassen, wobei die Lichtsender 18 der aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn 10 angeordneten optischen Sensoren 12, 14 Licht unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen.
Zudem können die optischen Sensoren 12, 14 jeweils eine Detektoreinrichtung 20 für den Empfang von von der Materialbahn 10 reflektierten und zurückgestreuten Lichts umfassen, wobei mittels der Filtermittel 16 eines jeweiligen optischen Sensors 12, 14 die Filterung des von der Materialbahn 10 reflektierten und zurückgestreuten Lichts erfolgt, bevor dieses auf die Detektoreinrichtung 20 trifft.
Die Filtermittel 16 eines jeweiligen optischen Sensors 12, 14 können insbesondere ein in den Strahlengang des von der Materialbahn 10 reflektierten und zurückgestreuten Lichts eingesetztes optisches Bandpassfilter umfassen.
Mittels eines jeweiligen optischen Sensors 12, 14 wird dessen Abstand zur Materialbahn 10 ermittelt.
Darüber hinaus können insbesondere Mittel zur magnetischen Ermittlung des Abstandes zwischen den aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn 10 angeordneten optischen Sensoren 12, 14 vorgesehen sein.
Die Dicke der Materialbahn 10 kann durch entsprechende Mittel wie insbesondere eine entsprechende Auswerteeinrichtung aus dem vorzugsweise magnetisch ermittelten Abstand zwischen den aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn 10 angeordneten optischen Sensoren 12, 14 und den über die optischen Sensoren 12, 14 ermittelten Abständen zwischen den auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn angeordneten optischen Sensoren 12, 14 und der Materialbahn 10 bestimmt werden.
In der 1 sind in schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele von zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn 10 angeordneten optischen Sensoren 12, 14 wiedergegeben.
Dabei wird in einem jeweiligen optischen Sensor 12, 14 durch den betreffenden Lichtsender 18 ein Lichtstrahl erzeugt, der über eine Linsenanordnung 22 auf eine mit einer Öffnung 24 versehene Lochblende 26 gerichtet wird.
Der durch die Lochblende 26 hindurchtretende Lichtstrahl trifft auf einen Strahlenteiler 28, durch den er zu einer Fokussierlinse 30 umgelenkt wird. Über die Fokussierlinse 30 und ein anschließend vorgesehenes Fenster 32 wird auf der Oberfläche der Materialbahn 10 schließlich ein relativ kleiner Lichtfleck erzeugt.
Zumindest ein Teil des von der Materialbahn 10 reflektierten und zurückgestreuten Lichts gelangt über die Linse 30 wieder zum Strahlenteiler 28 und durch diesen hindurch zu einer Blende 34 mit einer zum Beispiel ringförmigen Öffnung 36, die einen zylindrischen Lichtstrahl erzeugt, der beispielsweise über ein Ringprisma 38 auf eine Linsenanordnung 40 trifft.
Dabei wird durch die Linsenanordnung 40 durch die innere Öffnung 42 des Ringprismas 38 hindurchtretendes Licht auf einen auf der optischen Achse angeordneten ersten Detektor 44 der Detektoreinrichtung 20 und durch den äußeren Ring des Ringprismas 38 gelangendes Licht auf einen gegenüber der optischen Achse versetzten zweiten Detektor 46 der Detektoreinrichtung 20 fokussiert.
Der Abstand des jeweiligen optischen Sensors 12, 14 von der Materialbahn 10 kann dann anhand der über die beiden Detektoren 44, 46 der Detektoreinrichtung 20 erhaltenen Werte ermittelt werden.
Dabei sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Filtermittel 16 der beiden optischen Sensoren 12, 14 jeweils zwischen dem Strahlenteiler 28 und dem Ringprisma 38 bzw. zwischen der dem Strahlenteiler 28 nachgeordneten Blende 34 und dem Ringprisma 38 angeordnet.
Bezugszeichenliste

10: Materialbahn
12: optischer Sensor
14: optischer Sensor
16: Filtermittel
18: Lichtsender
20: Detektoreinrichtung
22: Linsenanordnung
24: Öffnung
26: Lochblende
28: Strahlenteiler
30: Fokussierlinse
32: Fenster
34: Blende
36: ringförmige Öffnung
38: Ringprisma
40: Linsenanordnung
42: innere Öffnung
44: erster Detektor
46: zweiter Detektor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1855082 A1 [0002, 0016, 0017]
- EP 1855083 A1 [0002, 0016, 0018]

Claims

Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Dicke einer Materialbahn (10), insbesondere Faserstoffbahn, mittels einer Sensoranordnung, die wenigstens zwei optische Sensoren (12, 14) umfasst, zwischen denen die Materialbahn (10) hindurchführbar und über die die Materialbahn (10) jeweils mit Licht beaufschlagbar und von der Materialbahn (10) reflektiertes und zurückgestreutes Licht erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (10) über die auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn (10) angeordneten optischen Sensoren (12, 14) mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge beaufschlagt wird und dass in einem jeweiligen optischen Sensor (12, 14) von der Materialbahn (10) reflektiertes und zurückgestreutes Licht mit einer Wellenlänge, die der Wellenlänge des Lichts entspricht, mit dem die Materialbahn (10) über den gegenüberliegen optischen Sensor (12, 14) beaufschlagt wird, herausgefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass optische Sensoren (12, 14) mit jeweils einem Lichtsender (18) zur Erzeugung des die Materialbahn (10) beaufschlagenden Lichts verwendet werden, wobei mittels der Lichtsender (18) der auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn (10) angeordneten optischen Sensoren (12, 14) Licht unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass optische Sensoren (12, 14) mit jeweils einer Detektoreinrichtung (20) für den Empfang von von der Materialbahn (10) reflektierten und zurückgestreuten Lichts verwendet werden und dass in einem jeweiligen optischen Sensor (12, 14) die Filterung des von der Materialbahn (10) reflektierten und zurückgestreuten Lichts erfolgt, bevor dieses auf die Detektoreinrichtung (20) trifft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem jeweiligen optischen Sensor (12, 14) zur Filterung des von der Materialbahn (10) reflektierten und zurückgestreuten Lichts in den Strahlengang des von der Materialbahn (10) reflektierten und zurückgestreuten Lichts ein optisches Bandpassfilter eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines jeweiligen optischen Sensors (12, 14) dessen Abstand zur Materialbahn (10) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn (10) angeordneten optischen Sensoren (12, 14) magnetisch ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Materialbahn (10) aus dem vorzugsweise magnetisch ermittelten Abstand zwischen den auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn (10) angeordneten optischen Sensoren (12, 14) und den über die optischen Sensoren (12, 14) ermittelten Abständen zwischen den auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn (10) angeordneten optischen Sensoren (12, 14) und der Materialbahn (10) bestimmt wird.
Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung der Dicke einer Materialbahn (10), insbesondere Faserstoffbahn, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Sensoranordnung, die wenigstens zwei optische Sensoren (12, 14) umfasst, zwischen denen die Materialbahn (10) hindurchführbar und über die die Materialbahn (10) jeweils mit Licht beaufschlagbar und von der Materialbahn reflektiertes und zurückgestreutes Licht erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (10) über die auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn (10) angeordneten optischen Sensoren (12, 14) mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge beaufschlagbar ist und dass die optischen Sensoren (12, 14) jeweils Filtermittel (16) umfassen, um von der Materialbahn reflektiertes und zurückgestreutes Licht mit einer Wellenlänge, die der Wellenlänge des Lichts entspricht, mit dem die Materialbahn (10) über den gegenüberliegen optischen Sensor beaufschlagt wird, herauszufiltern.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Sensoren (12, 14) jeweils einen Lichtsender (18) zur Erzeugung des die Materialbahn (10) beaufschlagenden Lichts umfassen, wobei die Lichtsender (18) der auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn (10) angeordneten optischen Sensoren (12, 14) Licht unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Sensoren (12, 14) jeweils eine Detektoreinrichtung (20) für den Empfang von von der Materialbahn (10) reflektierten und zurückgestreuten Lichts umfassen und dass mittels der Filtermittel (16) eines jeweiligen optischen Sensors (12, 14) die Filterung des von der Materialbahn (10) reflektierten und zurückgestreuten Lichts erfolgt, bevor dieses auf die Detektoreinrichtung (20) trifft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermittel (16) eines jeweiligen optischen Sensors (12, 14) ein in den Strahlengang des von der Materialbahn (10) reflektierten und zurückgestreuten Lichts eingesetztes optisches Bandpassfilter umfassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines jeweiligen optischen Sensors (12, 14) dessen Abstand zur Materialbahn (10) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur magnetischen Ermittlung des Abstandes zwischen den auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn (10) angeordneten optischen Sensoren (12, 14) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Bestimmung der Dicke der Materialbahn (10) aus dem vorzugsweise magnetisch ermittelten Abstand zwischen den auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn (10) angeordneten optischen Sensoren (12, 14) und den über die optischen Sensoren (12, 14) ermittelten Abständen zwischen den auf einander gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn (10) angeordneten optischen Sensoren (12, 14) und der Materialbahn (10) vorgesehen sind.