DE102010029144A1

DE102010029144A1 - Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Dicke einer Materialbahn

Info

Publication number: DE102010029144A1
Application number: DE201010029144
Authority: DE
Inventors: Jörg Bröckel; Willy Knabe; Pekka Pearland Typpo
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Dicke einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, mittels einer optischen Sensoranordnung, die wenigstens einen optischen Dickensensor umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass eine optische Sensoranordnung verwendet wird, die außer dem wenigstens einen optischen Dickensensor zusätzlich wenigstens einen weiteren optischen Sensor umfasst, dass die Materialbahn über diesen weiteren optischen Sensor mit Licht beaufschlagt wird, das mit einem flacheren Winkel auf die Oberfläche der Materialbahn auftrifft, als dies bei dem Licht vom optischen Dickensensor der Fall ist, und über einen dem weiteren optischen Sensor zugeordneten Detektor zumindest im Wesentlichen nur solche reflektierte Strahlen des vom weiteren optischen Sensor kommenden Lichts empfangen werden, die zumindest im Wesentlichen nur auf den höchsten Punkten der Materialbahn auftreffen, und dass die über den weiteren Sensor ermittelten Werte zur Korrektur des über den Dickensensor ermittelten Dickenwertes herangezogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Dicke einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, mittels einer optischen Sensoranordnung, die wenigstens einen optischen Dickensensor umfasst.
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.
Es hat sich nun aber gezeigt, dass insbesondere mit einer solchen herkömmlichen Technologie der berührungslosen Dickenmessung Dicken von Papieren mit relativ rauen Oberflächen, z. B. Zeitungspapier, sich nicht mit ausreichender Genauigkeit messen lassen. Der Grund dafür besteht darin, dass die optischen Kanäle der herkömmlichen optischen Dickensensoren bis in die vorhandenen Vertiefungen der Papierbahn messen. Diese Werte werden in die Gesamtdickenmessung mit einbezogen und führen damit zu falschen Dickenwerten.
So ist beispielsweise anhand der 1, in der in schematischer Darstellung eine bei der Dickenmessung mittels eines herkömmlichen Dickensensors auftretende optische Fehlmessung wiedergegeben ist, zu erkennen, dass im Bereich von Vertiefungen beispielsweise ein Dickenwert d₁ gemessen wird, der deutlich kleiner als die tatsächliche Papierdicke d₂ ist. Die Papierdicke D2 ist definiert als größt e dicke innerhalb einer Fläche von 2 cm² (z. B. Tappi-Norm T411), also z. B. an 15 oder 16.
Der Dickenwert d₁ basiert also auf einer optischen Fehlmessung, die in die Gesamtdickenmessung mit einbezogen wird, was zu falschen Dickenwerten führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem dieser Effekt kompensiert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine optische Sensoranordnung verwendet wird, die außer dem wenigstens einen optischen Dickensensor zusätzlich wenigstens einen weiteren Sensor umfasst, dass die Oberflächenstruktur über diesen weiteren Sensor bestimmt wird, und dass die über den weiteren Sensor ermittelten Werte zur Korrektur des über den Dickensensor ermittelten Dickenwertes herangezogen werden.
Wobei der weitere Sensor vorzugsweise ein optischer Sensor ist.
Die Materialbahn wird über diesen weiteren optischen Sensor mit Licht beaufschlagt, das mit einem flacheren Winkel auf die Oberfläche der Materialbahn auftrifft, als dies bei dem Licht vom optischen Dickensensor der Fall ist, und über einen dem weiteren optischen Sensor zugeordneten Detektor zumindest im Wesentlichen nur solche reflektierte Strahlen des vom weiteren optischen Sensor kommenden Lichts empfangen werden, die zumindest im Wesentlich nur auf den höchsten Punkten der Materialbahn auftreffen.
Die Erfindung macht sich also den Umstand zunutze, dass Licht, das unter einem flachen Winkel auf eine Oberfläche auftrifft, reflektiert wird und dabei nur solche reflektierten Strahlen auf den dem weiteren optischen Sensor zugeordneten Detektor treffen, die auf den höchsten Punkten der Materialbahn auftreffen. Demgegenüber treffen Strahlen, die in tieferen Materialbahnebenen reflektiert werden, nicht auf den Detektor. Die über den weiteren Sensor ermittelten Werte können also zur Korrektur des über den Dickensensor ermittelten Dickenwertes herangezogen werden. Da der über den herkömmlichen Dickensensor erhaltene Dickenwert in der Regel zu klein sein wird, kann zu diesem beispielsweise ein von den über den weiteren Sensor ermittelten Werten abgeleiteter Wert addiert werden. Grundsätzlich können diese über den weiteren Sensor ermittelten Werte jedoch auch anderweitig zur Korrektur des über den Dickensensor ermittelten Dickenwertes herangezogen werden.
Bevorzugt wird als weiterer optischer Sensor ein Glanzsensor oder ein Rauigkeitssensor verwendet.
Von Vorteil ist insbesondere, wenn der weitere optische Sensor bzw. Glanzsensor eine Lichtquelle umfasst und die Materialbahn über diese mit Licht beaufschlagt wird, das insbesondere mit einem Winkel im Bereich von 15° auf die Oberfläche der Materialbahn auftrifft.
Bevorzugt wird der dem weiteren optischen Sensor zugeordnete Detektor so angeordnet, dass der sich gegenüber der Materialbahnoberfläche ergebende Ausfallwinkel der vom Detektor empfangenen reflektierten Strahlen zumindest im Wesentlichen dem sich gegenüber der Materialbahnoberfläche ergebenden Einfallswinkel des vom weiteren optischen Sensor kommenden Lichts entspricht.
Die erfindungsgemäße berührungslose Dickenbestimmung erfolgt bevorzugt bei laufender Materialbahn.
Der optische Dickensensor kann 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 Dickensensor 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 zurück gestreuten Licht einen kreisförmigen Lichtstrahl zu bilden, und ein den kreisförmigen Lichtstrahl empfangendes Detektorsystem vorgesehen ist, das auf den Lichtstrahldurchmesser anspricht, wobei die Bestimmung des Abstandes zu dem Objekt auf der Basis von Signalen vom Detektorsystem erfolgt. Ein insbesondere dem Detektorsystem 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 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 Dickensensor 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. Sind die auf verschiedenen Seiten des Objekts angeordneten Linsenanordnungen nicht in einem definierten Abstand zueinander angeordnet, kann dieser Abstand beispielsweise auch magnetisch oder induktiv gemessen werden.
Der Glanzsensor kann beispielsweise so ausgeführt sein, wie dies in der EP 2 023 126 A1 beschrieben ist.
So ist aus dieser EP 2 023 126 A1 beispielsweise ein Glättsensor zur optischen Messung des Glanzes einer bewegten Oberfläche bekannt, der eine Lichtquelle, zumindest einen Lichtdetektor und ein optisches Prisma zur Aufteilung des von der Lichtquelle kommenden Lichtstrahls in einen innerhalb des Prismas reflektierten Referenzstrahl und einen Messstrahl umfasst, der durch das Prisma hindurchgeht und an der bewegten Oberfläche zu dem zumindest einen Lichtdetektor reflektiert wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer bei der Dickenmessung mittels eines herkömmlichen Dickensensors auftretenden optischen Fehlmessung,
2 eine schematische beispielhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Beaufschlagung einer Materialbahn über einen zusätzlich zu wenigstens einem optischen Dickensensor vorgesehenen weiteren optischen Sensor, wobei im vorliegenden Fall ein höherer Punkt der Materialbahn von dem Licht des weiteren optischen Sensors beaufschlagt wird und die von diesem höheren Punkt reflektierten Strahlen von einem dem weiteren optischen Sensor zugeordneten Detektor empfangen werden, und
3 eine mit der 2 vergleichbare Darstellung, wobei im vorliegenden Fall jedoch das vom weiteren optischen Sensor kommende Licht in einer tieferen Materialbahnebene reflektiert wird, so dass die reflektierten Lichtstrahlen nicht mehr auf den Detektor des weiteren optischen Sensors treffen.
Die 2 und 3 zeigen in schematischer beispielhafter Darstellung eine erfindungsgemäße Beaufschlagung einer Materialbahn 10 über einen zusätzlich zu wenigstens einem optischen Dickensensor vorgesehenen weiteren optischen Sensor, der im vorliegenden Fall eine Lichtquelle 12 und einen Detektor 14 umfasst.
Dabei erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die berührungslose Bestimmung der Dicke der Materialbahn 10, bei der es sich insbesondere um eine Faserstoffbahn, beispielsweise eine Papier- oder Kartonbahn handeln kann, mittels einer optischen Sensoranordnung, die wenigstens einen optischen Dickensensor umfasst. Dabei kann dieser Dickensensor beispielsweise so ausgeführt sein, wie dies in den Druckschriften EP 1 855 082 A1 und EP 1 855 083 A1 beschrieben ist.
Erfindungsgemäß wird nun eine optische Sensoranordnung verwendet, die außer dem wenigstens einen optischen Dickensensor zusätzlich wenigstens einen weiteren optischen Sensor umfasst. Dabei wird die Materialbahn 10 über diesen weiteren optischen Sensor mit Licht beaufschlagt, das mit einem flacheren Winkel α auf der Oberfläche der Materialbahn 10 auftrifft, als dies bei dem Licht vom optischen Dickensensor (nicht dargestellt) der Fall ist. Über einen dem weiteren optischen Sensor zugeordneten Detektor 14 werden zumindest im Wesentlichen nur solche reflektierte Strahlen des vom weiteren optischen Sensor kommenden Lichts empfangen, die zumindest im Wesentlichen nur auf den höchsten Punkten der Materialbahn 10 auftreffen. Die über den weiteren Sensor ermittelten Werte werden dann zur Korrektur des über den Dickensensor ermittelten Dickenwertes herangezogen.
Als weiterer optischer Sensor kann insbesondere ein Glanzsensor verwendet werden. Dabei ist es beispielsweise denkbar, einen in der optischen Sensoranordnung bereits vorhandenen Glanzsensor heranzuziehen.
Der Glanzsensor kann beispielsweise so aufgebaut sein, wie dies in der Druckschrift EP 2 023 126 A1 beschrieben ist.
Wie bereits erwähnt, kann der weitere optische Sensor insbesondere eine Lichtquelle 12 umfassen.
Dabei kann die Materialbahn 10 über diese Lichtquelle 12 beispielsweise mit Licht beaufschlagt werden, das insbesondere mit einem Winkel α im Bereich von 15° auf die Oberfläche der Materialbahn 10 auftrifft.
Der dem weiteren optischen Sensor zugeordnete Detektor 14 kann insbesondere so angeordnet werden, dass der sich gegenüber der Materialbahnoberfläche ergebende Ausfallwinkel β der vom Detektor 14 empfangenen reflektierten Strahlen zumindest im Wesentlichen dem sich gegenüber der Materialbahnoberfläche ergebenden Einfallswinkel α des vom weiteren optischen Sensor kommenden Lichts entspricht.
Die berührungslose Dickenbestimmung kann insbesondere bei laufender Materialbahn 10 erfolgen.
2 zeigt in schematischer beispielhafter Darstellung eine Beaufschlagung der Materialbahn 10 über den zusätzlich zum wenigstens einen optischen Dickensensor vorgesehenen weiterer optischen Sensor. Es sind aber auch andere Sensoren denkbar. Dabei wird im vorliegenden Fall ein höherer Punkt der Materialbahn 10 von dem Licht des weiteren optischen Sensors bzw. deren Lichtquelle 12 beaufschlagt, und die von diesem höheren Punkt reflektierten Strahlen werden von den diesem weiteren optischen Sensor zugeordneten Detektor 14 empfangen.
3 zeigt eine mit der 2 vergleichbare Darstellung, wobei im vorliegenden Fall jedoch das vom weiteren optischen Sensor bzw. dessen Lichtquelle 12 kommende Licht in einer tieferen Materialbahnebene reflektiert wird, so dass die reflektierten Lichtstrahlen nicht mehr auf den Detektor 14 des weiteren optischen Sensors treffen.
Bezugszeichenliste

10: Materialbahn
12: Lichtquelle
14: Detektor
d1: optische Fehlmessung
d2: tatsächliche Materialbahndicke
α: Einfallswinkel
β: Ausfallswinkel

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, 0015, 0016, 0025]
- EP 1855083 A1 [0002, 0015, 0017, 0025]
- EP 2023126 A1 [0018, 0019, 0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Tappi-Norm T411 [0004]

Claims

Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Dicke einer Materialbahn (10), insbesondere Faserstoffbahn, mittels einer optischen Sensoranordnung, die wenigstens einen optischen Dickensensor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Sensoranordnung verwendet wird, die außer dem wenigstens einen optischen Dickensensor zusätzlich wenigstens einen weiteren Sensor umfasst, der die Oberflächenstruktur der über diesen weiteren Sensor bestimmt, und dass die über den weiteren Sensor ermittelten Werte zur Korrektur des über den Dickensensor ermittelten Dickenwertes herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Sensor ein optischer Sensor verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht des weiteren optischen Sensors mit einem flachen Winkel (α) auf die Oberfläche der Materialbahn (10) auftrifft, als dies bei dem Licht vom optischen Dickensensor der Fall ist, und über einen dem weiteren optischen Sensor zugeordneten Detektor (14) zumindest im Wesentlichen nur solche reflektierte Strahlen des vom weiteren optischen Sensor kommenden Lichts empfangen werden, die zumindest im Wesentlich nur auf den höchsten Punkten der Materialbahn (10) auftreffen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer optischer Sensor ein Glanzsensor verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer optischer Sensor ein Rauigkeitssensor verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere optische Sensor eine Lichtquelle (12) umfasst und die Materialbahn (10) über diese mit Licht beaufschlagt wird, das insbesondere mit einem Winkel (α) im Bereich von 15° auf die Oberfläche der Materialbahn (10) auftrifft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem weiteren optischen Sensor zugeordnete Detektor (14) so angeordnet wird, dass der sich gegenüber der Materialbahnoberfläche ergebende Ausfallswinkel (β) der vom Detektor (14) empfangenen reflektieren Strahlen zumindest im Wesentlichen dem sich gegenüber der Materialbahnoberfläche ergebenden Einfallswinkel (α) des vom weiteren optischen Sensor kommenden Lichts entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die berührungslose Dickenbestimmung bei laufender Materialbahn (10) erfolgt.