DE102022125630A1 - Arrangement with two rollers spaced apart to form a gap with a gap width measuring system - Google Patents
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Abstract
Anordnung mit einem Spalt (1) zwischen zwei Walzen (2, 3) mit einem Spaltweitenmesssystem, umfassend eine Lichtquelle (4) für einen kohärenten Lichtstrahl (5), einen Lichtdetektor (9) mit einer Aufnahmefläche (10) für die Erfassung von Beugungssignalen (11) des Lichtstrahls nur in nullter und erster Ordnung ausgehend vom Spalt, Verstellmittel (12, 13) für die Lichtquelle und/oder dem Lichtdetektor in zumindest eine windschief zu den Walzen orientierte laterale Verstellrichtung und/oder für die Weite des Spalts zwischen den beiden Walzen, eine Auswerteeinheit (14) mit hinterlegten Erfahrungswerten und eine Vergleichslogik für einen Vergleich der Beugungssignale mit den Erfahrungswerten sowie eine Steuerungseinheit (15) für die Verstellmittel, wobei Lichtquelle, Spalt und Lichtdetektor in der genannten Reihenfolge fluchtend in einer Linie angeordnet sind sowie in der Vergleichslogik Limits für den Vergleich mit Auslösemittel für Triggersignale für die Steuereinheit vorgesehen sind.Arrangement with a gap (1) between two rollers (2, 3) with a gap width measuring system, comprising a light source (4) for a coherent light beam (5), a light detector (9) with a receiving surface (10) for the detection of diffraction signals (11) of the light beam only in zeroth and first order starting from the gap, adjustment means (12, 13) for the light source and/or the light detector in at least one lateral adjustment direction oriented skewed to the rollers and/or for the width of the gap between the two rollers, an evaluation unit (14) with stored empirical values and a comparison logic for comparing the diffraction signals with the empirical values and a control unit (15) for the adjustment means, wherein the light source, gap and light detector are arranged in a line in the order mentioned and limits are provided in the comparison logic for the comparison with triggering means for trigger signals for the control unit.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit zwei voneinander unter Ausbildung eines engsten Spaltes beabstandeten Walzen mit einem Spaltweitenmesssystem, insbesondere für eine Verwendung als In-Line Spaltmesssystem für eine Spaltweitenmessung zwischen den Oberflächen von zwei Kalanderwalzen in einem Kalander beispielsweise für die Elektrodenproduktion für Batteriezellen, mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs.The invention relates to an arrangement with two rollers spaced apart from one another to form a narrowest gap, with a gap width measuring system, in particular for use as an in-line gap measuring system for gap width measurement between the surfaces of two calender rollers in a calender, for example for electrode production for battery cells, with the features of the first patent claim.
Die Erfindung ist auf dem Gebiet der Messtechnik angesiedelt und dient insbesondere der Qualitätssicherung in einer Produktion unter Verwendung eines Kalanders z.B. für die Herstellung von ebenen Werkstücken und Blechen wie z.B. Batterieelektroden. Ziel ist im letztgenannten Fall eine Erhöhung der Energiedichte auf den Elektroden durch eine exakte Einstellbarkeit der Elektrodendicken, die mittelbar durch eine Abstandsmessung der die Elektrode bearbeiteten Kalanderwalzen (Spaltweitenmessung) erfassbar ist. Diese Qualitätssicherungsmaßnahme lässt aber auch auf andere Walz- und Kalandrierprozesse übertragen.The invention is located in the field of measurement technology and is used in particular for quality assurance in production using a calender, e.g. for the manufacture of flat workpieces and sheets such as battery electrodes. In the latter case, the aim is to increase the energy density on the electrodes by precisely adjusting the electrode thickness, which can be indirectly determined by measuring the distance between the calender rollers processing the electrode (gap width measurement). However, this quality assurance measure can also be transferred to other rolling and calendering processes.
Das Spaltweitenmesssystem ist Teil eines Walzprozesses und soll dabei einer automatisierbaren Gewährleistung einer hohen Wiederholgenauigkeit der Werkstückdicke der durch den Walzprozess bearbeiteten Werkstücke wie z.B. die vorgenannten Elektroden dienen. Dabei soll es Stellsignale für die Einstellung des Spalts über eine Verstellung der Walzen für einen automatisierbaren Walzprozess zur Verfügung stellen. Eine absolute Messung des gewalzten Werkstückedicken dagegen ist nicht beabsichtigt, da insbesondere thermische und mechanische elastoplastische Verformungen des Werkstücks, der Walzen und auch der Walzenlagerungen und -aufhängungen eine sensible Messdrift hervorrufen. In einem automatisierten Herstellungsprozess wird dies nicht angestrebt.The gap width measuring system is part of a rolling process and is intended to ensure a high level of repeatability of the workpiece thickness of the workpieces processed by the rolling process, such as the aforementioned electrodes, in an automated manner. It is intended to provide control signals for setting the gap by adjusting the rollers for an automated rolling process. An absolute measurement of the rolled workpiece thickness is not intended, however, since thermal and mechanical elastoplastic deformations of the workpiece, the rollers and also the roller bearings and suspensions in particular cause a sensitive measurement drift. This is not the aim in an automated manufacturing process.
Aus dem Stand der Technik sind folgende Konzepte für eine Spaltweitenmessung zwischen zwei Walzen bekannt:
- Optische Mikrometer:
- Optische Mikrometerkonzepte, beispielhaft in
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- Optische Mikrometerkonzepte, beispielhaft in
- Optical micrometers:
- Optical micrometer concepts, exemplified in
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- Optical micrometer concepts, exemplified in
Ein optisches Mikrometer umfasst eine Lichtquelle, vorzugsweise ein LED oder einen Laser als Sender, eine Kombination aus Linsen, Filtern und/oder Spiegeln als Senderoptik sowie einen Detektor, beispielsweise CCD- oder CMOS-Chips.An optical micrometer comprises a light source, preferably an LED or a laser as a transmitter, a combination of lenses, filters and/or mirrors as transmitter optics and a detector, for example CCD or CMOS chips.
Das Licht der Lichtquelle wird in der Senderoptik z.B. zu einem Lichtvorhang aus parallelen Strahlen aufgeweitet und zum Detektor geleitet. Befindet sich ein Messobjekt in dem Lichtvorhang, so wird dieser partiell abgeschattet zum Detektor geleitet. Die Abschattung gibt Auskunft über Abmessungen und Lage des Messobjekts wie auch z.B. Spaltweiten und Durchmesser.The light from the light source is expanded in the transmitter optics to form a light curtain of parallel beams and is then directed to the detector. If there is a measuring object in the light curtain, it is partially shaded and directed to the detector. The shading provides information about the dimensions and position of the measuring object, as well as slit widths and diameters, for example.
Die Genauigkeit bei optischen Mikrometern ist jedoch abhängig von dem Abstand zwischen Sender und Empfänger. Eine in der Elektrodenherstellung erforderliche Auflösung bis unter 1µm Genauigkeit ist für eine Applikation an Kalanderwalzen mit Durchmessern bis über 700 mm allein schon mangels zur Verfügung stehenden Bauraum nicht gewährleistbar.However, the accuracy of optical micrometers depends on the distance between the transmitter and receiver. A resolution of less than 1 µm required in electrode production cannot be guaranteed for an application on calender rolls with diameters of up to 700 mm due to the lack of available installation space.
Kapazitiver Spaltsensor:Capacitive gap sensor:
Ferner sind aus
Indirekte Walzenspaltmessung:Indirect roll gap measurement:
Bei einer indirekten Spaltweitenmessung, wie in
Taktile Spaltmessgeräte:Tactile gap measuring devices:
Für eine taktile, berührende Spaltmessung sind mehrere Ansätze bekannt.Several approaches are known for tactile, contact gap measurement.
Aus der
Ferner beschreibt
Für die Anwendung am Kalander ergibt sich im Zusammenhang mit taktiler Messung hauptsächlich das Problem einer empfindlichen Walzenoberfläche. Diese darf zur Erfüllung der Funktion nicht beschädigt werden, weshalb direkte Kontakte vermieden werden sollten. Zusätzlich sind die genannten taktilen Spaltmessgeräte zur Automatisierung nicht geeignet beziehungsweise erfüllen nicht die Anforderung einer Auflösung von maximal 1 um.For use on calenders, the main problem associated with tactile measurement is the sensitive roller surface. This must not be damaged in order to fulfil its function, which is why direct contact should be avoided. In addition, the tactile gap measuring devices mentioned are not suitable for automation or do not meet the requirement of a maximum resolution of 1 µm.
Wirbelstromsensorbasiertes Verfahren:Eddy current sensor-based method:
Wirbelstromsensorbasierte Verfahren erlauben jedoch ausschließlich Messungen außerhalb des Walzenspalts dienen damit nur einer mittelbaren Messung der Spaltweite über eine Berechnung und ohne Einflüsse wie z.B. die Walzendurchbiegung.However, eddy current sensor-based methods only allow measurements outside the roll gap and thus only serve to indirectly measure the gap width via a calculation and without influences such as roll deflection.
Eine wesentliche nach dem Kalandrierprozess erfasste Größe zur Qualitätssicherung ist die Materialdicke des bearbeiteten Werkstücks. Beeinflussenden Prozessparameter sind dabei die Höhe des Walzenspalts sowie die im Spalt auf das Werkstück wirkende Kraft, die beispielsweise über den Druck der die Kraft erzeugenden Hydraulikzylinder erfassbar ist. Die Materialdicke des Werkstücks wird über die Walzenspaltabmessungen, und die Kraft sowie zu berücksichtigende elastische Nachgiebigkeiten beeinflusst. Das Werkstück federt nach dem Walzprozess auf, sodass über das Material nicht auf die exakte Spalthöhe eingegangen werden kann. Zudem erfahren die Walzen aufgrund der wirkenden Kräfte eine Biegung, sodass auch die Kenntnis der Verfahrwege der Hydraulikzylinder allein für eine Erfassung der Materialstärke nicht ausreichend ist.An important quality assurance variable recorded after the calendering process is the material thickness of the workpiece being processed. The influencing process parameters are the height of the roller gap and the force acting on the workpiece in the gap, which can be recorded, for example, via the pressure of the hydraulic cylinders generating the force. The material thickness of the workpiece is influenced by the roller gap dimensions and the force as well as elastic compliances that must be taken into account. The workpiece springs back after the rolling process, so the exact gap height cannot be determined via the material. In addition, the rollers undergo bending due to the forces acting, so that knowledge of the travel paths of the hydraulic cylinders alone is not sufficient to record the material thickness.
Davon ausgehend liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Anordnung mit zwei voneinander unter Ausbildung eines engsten Spaltes beabstandeten Walzen mit einem berührungslosen Spaltweitenmesssystem ohne die vorgenannten Einschränkungen vorzuschlagen, wobei das Spaltweitenmesssystem die Spaltweite direkt an den Kalanderwalzen aufnimmt und ohne Applikationen unmittelbar zwischen den Kalanderwalzen auskommt. Dabei soll der Verlauf des Walzenspaltes sowie die absolute Spaltgröße mit Hilfe des Messsystems in ausreichender Genauigkeit ermittelbar sein.Based on this, one object of the invention is to propose an arrangement with two rollers spaced apart from one another to form a narrowest gap with a contactless gap width measuring system without the aforementioned restrictions, whereby the gap width measuring system records the gap width directly on the calender rollers and does not require applications directly between the calender rollers. The course of the roller gap and the absolute gap size should be able to be determined with sufficient accuracy using the measuring system.
Die Aufgaben werden mit einer Anordung mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Unteransprüche, die sich auf diese beziehen, geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.The objects are achieved with an arrangement having the features of the first patent claim. Subclaims that relate to these describe advantageous embodiments.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Anordnung mit zwei voneinander unter Ausbildung eines engsten Spaltes beabstandeten Walzen mit einem Spaltweitenmesssystem vorgeschlagen, umfassend folgende Komponenten:
- 1. eine Lichtquelle für einen kohärenten Lichtstrahl mit einem den Querschnitt des Spaltes kreuzenden und bis zu den an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der beiden Walzen reichenden Wirkbereich:
- Um Beugungsmuster eines Lichtstrahls an einem Spalt zwischen zwei vorzugsweise um ihre Symmetrie- oder Drehachse rotationssymmetrische Walzen zu erzeugen, muss dieser nicht nur den Querschnitt des Spaltes kreuzen, sondern auch die Spaltweite bildenden an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der beiden Walzen als Spaltgrenzen mit angeleuchtet werden. Vorzugsweise sind diese beiden an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der beiden Walzen parallel zueinander ausgerichtet, sodass sich die Spaltweite zumindest im Messbereich, d.h. im Lichtstrahlquerschnitt, in axialer Walzenrichtung unverändert und damit einheitlich ist. Weiter bevorzugt sind die beiden Walzen - wie bei Kalanderwalzen üblich - zylindrisch und wie deren Symmetrie- oder Drehachsen parallel zueinander angeordnet.
- Eine mögliche Ausgestaltung sieht vor, die Walzen kegelstumpfförmig zu gestalten, wobei deren Symmetrie- oder Drehachsen in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind. Windschief sind die beiden Walzen sowie deren Symmetrie- oder Drehachsen dabei nicht zueinander angeordnet. Der Querschnitt des Spalts liegt auf einer Ebene, die durch die Symmetrie- und Drehachsen der beiden rotationssymmetrischen Walzen beidseitig des auszumessenden Spalts aufgespannt wird. Die Ebene durchschneidet auch die Walzenoberflächen exakt auf den vorgenannten begrenzenden Linien auf den Mantelflächen der Walzen, die zugleich den kleinsten Abstand der Oberflächen zueinander darstellen und so die zu erfassende Spaltweite begrenzen.
- 2.einen Lichtdetektor mit einer Aufnahmefläche für die Erfassung von Beugungssignalen des Lichtstrahls nur in nullter und erster Ordnung ausgehend vom Spalt:
- In diesem Bereich zwischen der nullten und ersten Ordnung zeigt sich, dass die an den Walzenoberflächen erzeugten Reflexions- und Streusignale im Verhältnis zu den gebeugten Lichtsignalen am geringsten ausfallen und so in vorteilhafter Weise die Messung am geringsten beeinflussen. Auch weisen die Beugungsmuster in diesem Beugungsbereich absolut die größten Intensitäten auf. Die Aufnahmefläche des Lichtdetektors ist vorzugsweise eben und dabei bevorzugt parallel zum Querschnitt des Spalts ausgerichtet.
- 3.Verstellmittel für die Lichtquelle und/oder dem Lichtdetektor in zumindest eine windschief zu den Walzen orientierte laterale Verstellrichtung und/oder für die Weite des Spalts zwischen den beiden Walzen:
- Die Verstellmittel ermöglichen einerseits optional eine Höhenverstellung von Lichtdetektor und/oder Lichtquelle und damit der Justierung des Lichtstrahls zwischen diesen Komponenten durch den Spalt, vorzugsweise durch die geometrische Spaltmitte zwischen den beiden Walzen. Ziel ist es, Lichtquelle, Spalt und Lichtdetektor in der genannten Reihenfolge in einer Linie anzuordnen, wobei die Linie gerade durch die vorgenannte Spaltmitte verläuft und durch den Lichtstrahl gebildet wird. Die Höhenverstellung erfolgt folglich in einer windschiefen Richtung, weiter bevorzugt zusätzlich orthogonal zu den Kalanderwalzen, im beispielhaften Falle horizontal ausgerichteter Walzen vorzugsweise in vertikaler Richtung abseits der Walzen. Optional wird vorgeschlagen, die Verstellmittel als Positionsverstellmittel und/oder Winkelverstellmittel mit mehreren Freiheitsgraden für die Lichtquelle und/oder dem Lichtdetektor auszugestalten, die nicht nur die vorgenannte laterale Einstellung des Lichtstrahls auf die Spaltmitte ermöglichen, sondern zumindest auch eine Winkelverstellung des Lichtstrahls zu einem bevorzugt orthogonalen Durchtritt des Lichtstrahls zum Querschnitt des Spalts ermöglicht. Vorzugsweise ist neben der vorgenannten lateralen Verschiebbarkeit auf einer Ebene über die Spaltweite zwischen den Walzen (d.h. auf einer Ebene orthogonal zur Querschnittsfläche des Spalts und orthogonal zu den bevorzugt zueinander parallelen Walzen oder zumindest an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen zumindest einer der beiden Walzen) auch eine Winkelverschiebbarkeit auf derselben Ebene (über die Spaltweite zwischen der Walzen).
- Die Verstellmittel ermöglichen andererseits optional eine Verstellbarkeit der Spaltweite zwischen den beiden Walzen. Die Verstellung der Spaltweite verläuft über den Spaltquerschnitt gleich, d.h. die bevorzugt parallel zueinander ausgerichteten Walzen bleiben auch während und nach der Verstellung parallel zueinander (parallele Verschiebung). Damit lässt die Dicke eines gewalzten Werkstücks während des laufenden Walzprozess ohne Unterbrechung korrigieren. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht motorische Verstellmittel (Stellantrieb) vor, die an der Symmetrie- oder Drehachse zumindest, vorzugsweise nur einer Walze angreifen und diese gleichförmig lateral verschieben, und zwar beidseitig der Walze. Die Änderung der Spaltweite zwischen den beiden Walzen wird bevorzugt mit Stellantrieben für eine Parallelverschiebung einer Walze umgesetzt.
- 4. eine Auswerteeinheit mit hinterlegten Erfahrungswerten und eine Vergleichslogik für einen Vergleich der Beugungssignale mit den Erfahrungswerten:
- Die Auswerteeinheit dient der Auswertung der Messwerte aus dem Lichtdetektor, vorzugsweise der Bestimmung der Spaltweite des vom Lichtstrahl angestrahlten Bereichs des Spalts. Ferner dient die Auswerteeinheit der Überwachung der von den Kalanderwalzen bearbeiteten Werkstücke, indem die bestimmten Spaltweiten, zumindest aber die Beugungssignale (Rohmesswerte) als Istwerte mit den hinterlegten Erfahrungswerten (Sollwerte) mittels einer Vergleichslogik vergleichbar sind. Abweichungen zwischen Ist- und Sollwerte sind für eine Auslösung einer Maßnahme wie z.B. eine Alarmauslösung oder eine Verstellung der Kalanderwalzen zueinander heranziehbar. In der Vergleichslogik sind hierzu Limits für den Vergleich mit Auslösemittel für Triggersignale für die Steuereinheit vorgesehen.
- 1. a light source for a coherent light beam with an effective range crossing the cross-section of the gap and extending to the lines adjacent to the cross-section on the lateral surfaces of the two rollers:
- In order to generate diffraction patterns of a light beam at a gap between two rollers that are preferably rotationally symmetrical about their symmetry or rotation axis, the light beam must not only cross the cross section of the gap, but also illuminate the lines that form the gap width and border the cross section on the lateral surfaces of the two rollers as gap boundaries. Preferably, these two lines bordering the cross section on the lateral surfaces of the two rollers are aligned parallel to each other so that the gap width is unchanged and therefore uniform in the axial direction of the rollers, at least in the measuring area, i.e. in the light beam cross section. The two rollers are also preferably cylindrical - as is usual with calender rollers - and arranged parallel to each other like their symmetry or rotation axes.
- One possible design involves designing the rollers in the shape of a truncated cone, with their symmetry or rotation axes arranged at an acute angle to each other. The two rollers and their symmetry or rotation axes are not arranged relative to each other. The cross-section of the gap lies on a plane that is spanned by the symmetry and rotation axes of the two rotationally symmetrical rollers on both sides of the gap to be measured. The plane also cuts through the roller surfaces exactly on the aforementioned limiting lines on the outer surfaces of the rollers, which at the same time represent the smallest distance between the surfaces and thus limit the gap width to be measured.
- 2.a light detector with a receiving surface for the detection of diffraction signals of the light beam only in zeroth and first order emanating from the slit:
- In this range between the zeroth and first order, it is evident that the reflection and scattering signals generated on the roller surfaces are the smallest in relation to the diffracted light signals and thus have the least influence on the measurement. The diffraction patterns in this diffraction range also have the greatest absolute intensities. The recording surface of the light detector is preferably flat and preferably aligned parallel to the cross section of the gap.
- 3. Adjustment means for the light source and/or the light detector in at least one lateral adjustment direction oriented obliquely to the rollers and/or for the width of the gap between the two rollers:
- On the one hand, the adjustment means optionally enable a height adjustment of the light detector and/or light source and thus the adjustment of the light beam between these components through the gap, preferably through the geometric gap center between the two rollers. The aim is to arrange the light source, gap and light detector in the order mentioned in a line, with the line running straight through the aforementioned gap center and being formed by the light beam. The height adjustment therefore takes place in a skewed direction, more preferably additionally orthogonal to the calender rollers, in the exemplary case of horizontally aligned rollers preferably in a vertical direction away from the rollers. Optionally, it is proposed to design the adjustment means as position adjustment means and/or angle adjustment means with several degrees of freedom for the light source and/or the light detector, which not only enable the aforementioned lateral adjustment of the light beam to the gap center, but also at least enable an angle adjustment of the light beam to a preferably orthogonal passage of the light beam to the cross section of the gap. Preferably, in addition to the aforementioned lateral displaceability on a plane across the gap width between the rollers (ie on a plane orthogonal to the cross-sectional area of the gap and orthogonal to the rollers, which are preferably parallel to one another or at least to lines adjacent to the cross section on the lateral surfaces of at least one of the two rollers), there is also an angular displaceability on the same plane (across the gap width between the rollers).
- The adjustment means also optionally allow the gap width between the two rollers to be adjusted. The adjustment of the gap width is the same across the gap cross-section, i.e. the rollers, which are preferably aligned parallel to one another, remain parallel to one another during and after the adjustment (parallel displacement). This allows the thickness of a rolled workpiece to be corrected without interruption during the rolling process. A preferred embodiment provides motorized adjustment means (actuator) that act on the symmetry or rotation axis of at least, preferably only, one roller and move it laterally at a uniform rate, on both sides of the roller. The change in the gap width between the two rollers is preferably implemented using actuators for parallel displacement of a roller.
- 4. an evaluation unit with stored empirical values and a comparison logic for comparing the diffraction signals with the empirical values:
- The evaluation unit is used to evaluate the measured values from the light detector, preferably to determine the gap width of the area of the gap illuminated by the light beam. The evaluation unit is also used to monitor the workpieces processed by the calender rollers by comparing the determined gap widths, or at least the diffraction signals (raw measured values) as actual values with the stored empirical values (target values) using a comparison logic. Deviations between actual and target values can be used to trigger a measure, such as activating an alarm or adjusting the calender rollers relative to one another. The comparison logic provides limits for comparison with triggering means for trigger signals for the control unit.
Eine wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, Licht auf den Walzenspalt zu projizieren, wobei es zu einer Beugung am Walzenspalt kommt und ein Interferenzmuster entsteht, welches vermessen Rückschlüsse auf die Spaltgröße erlaubt. Im Falle einer nur optional vorgeschlagenen Ausgestaltung des die Lichtquelle verlassenden kohärenten Lichtstrahls als parallele Lichtstrahlen ist zudem eine Erfassung der Breite eines durch den Spalt erzeugten Schattenbildes oder eines ungebeugt hindurchtretenden Lichtstrahlanteils möglich. Beugung tritt auf, wenn Licht auf Kanten oder schmale Verengungen wie z.B. an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der beiden Walzen, erzeugt durch lichtundurchlässige Objekte, trifft. An essential idea of the invention is to project light onto the roller gap, which causes diffraction at the roller gap and creates an interference pattern, which allows conclusions to be drawn about the gap size. In the case of With an optionally proposed design of the coherent light beam leaving the light source as parallel light beams, it is also possible to detect the width of a shadow image created by the gap or a portion of the light beam that passes through undiffracted. Diffraction occurs when light hits edges or narrow constrictions such as lines adjacent to the cross section on the lateral surfaces of the two rollers, created by opaque objects.
Unter Interferenz versteht man die stationäre (zeitlich konstante) Überlagerung von elektromagnetischen Wellen. Dabei addieren sich die Wellen nach dem Superpositionsprinzip zu einer Welle mit der entsprechenden Amplitude. Voraussetzung für stationäre Interferenz ist die Kohärenz der Lichtwellen über den gesamten Bereich, in dem die Wellen interferieren.Interference is the stationary (constant in time) superposition of electromagnetic waves. According to the superposition principle, the waves add up to form a wave with the corresponding amplitude. The prerequisite for stationary interference is the coherence of the light waves over the entire area in which the waves interfere.
Die Amplitude der resultierenden Welle ist hauptsächlich vom Versatz der Wellenberge und -täler abhängig, welcher meist auf einen Gangunterschied zurückzuführen ist. Gebunden an den Gangunterschied, gibt es zwei Grenzfälle der Interferenz, zwischen denen sämtliche Mischformen auftreten können. Der eine Grenzfall ist die konstruktive Interferenz. Dabei treffen jeweils die Berge der einzelnen Wellen aufeinander und addieren sich somit zur größtmöglichen Amplitude. Dies tritt ein, wenn der Gangunterschied ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist oder die Phasenverschiebung ein ganzzahliges Vielfaches von 360° ist. Ist der Gangunterschied um genau eine halbe Wellenlänge größer oder kleiner oder die Phasenverschiebung um ±180° verändert, so tritt der zweite Grenzfall, die destruktive Interferenz, auf, bei der sich jeweils ein Wellenberg und ein Wellental überlagern, was zur Auslöschung der Wellen führt.The amplitude of the resulting wave depends mainly on the offset of the wave peaks and troughs, which is usually due to a path difference. There are two borderline cases of interference related to the path difference, between which all mixed forms can occur. One borderline case is constructive interference. The peaks of the individual waves collide and add up to create the largest possible amplitude. This occurs when the path difference is an integer multiple of the wavelength or the phase shift is an integer multiple of 360°. If the path difference is exactly half a wavelength larger or smaller or the phase shift changes by ±180°, the second borderline case, destructive interference, occurs, in which a wave peak and a wave trough overlap, which leads to the waves being canceled out.
Beugung an einem Einzelspalt tritt auf, wenn Lichtstrahlen auf Kanten oder schmale Verengungen, erzeugt durch lichtundurchlässige Hindernisse, trifft. Diese Hindernisse und Verengung werden im Rahmen der Erfindung durch zwei voneinander unter Bildung eines Spalts beabstandete Walzen gebildet. Dabei weichen Anteile der Lichtstrahlen von ihrer eigentlichen Bahn ab. So kommt es dazu, dass Licht an Stellen auftritt, die nach strahlenoptischer Betrachtung eigentlich abgeschirmt sind. Diffraction at a single slit occurs when light rays hit edges or narrow constrictions caused by opaque obstacles. In the context of the invention, these obstacles and constrictions are formed by two rollers spaced apart from each other to form a gap. In the process, parts of the light rays deviate from their actual path. This means that light appears in places that are actually shielded from a ray optical perspective.
Ist der Spalt der etwas größer oder gleich groß wie die Wellenlänge des Lichtes, kommt aufgrund einer Beugung der Elementarwellen zu Interferenzen. Diese bilden ein Interferenzmuster mit vom Beugungswinkel abhängigen Intensitätsminima und -maxima aus, die durch den Lichtdetektor (Aufnahmefläche) ortsaufgelöst empfangbar sind. Ein Interferenzmuster weist ein Beugungsmaximum nullter Ordnung auf, und zwar in Fortsetzung des Lichtstrahls durch den Spaltquerschnitt auf Höhe der Spaltweitenmittel, auch Lot genannt. Beidseitig von diesem erstrecken sich symmetrisch mehrere Maxima und Minima (Beugungsmaxima bzw. -minima erster, zweiter, dritter etc., d.h. n-ter Ordnung, n = ganzzahlig) in abwechselnder Reihenfolge und mit von dem nach außen hin abnehmender Intensität. Die Ausbreitung von gebeugten Lichtstrahlen ist orthogonal zum Spalt.If the slit is slightly larger than or the same size as the wavelength of the light, interference occurs due to diffraction of the elementary waves. These form an interference pattern with intensity minima and maxima that depend on the diffraction angle and can be received spatially resolved by the light detector (receiving surface). An interference pattern has a zeroth order diffraction maximum, namely in the continuation of the light beam through the slit cross-section at the level of the mean slit width, also called the perpendicular. On both sides of this, several maxima and minima (diffraction maxima or minima of the first, second, third etc., i.e. nth order, n = integer) extend symmetrically in alternating order and with intensity decreasing from the outside. The propagation of diffracted light rays is orthogonal to the slit.
Das Interferenzmuster und der Winkel α (Beugungswinkel) zwischen dem Lot (nullte Beugungsmaximum) und den Beugungsmaxima ausgehend vom Spalt ist abhängig von der Spaltweite b, der Wellenlänge A sowie dem Abstand a zwischen dem Spalt und der Aufnahmefläche.The interference pattern and the angle α (diffraction angle) between the perpendicular (zero diffraction maximum) and the diffraction maxima starting from the slit depends on the slit width b, the wavelength A and the distance a between the slit and the recording surface.
Das nullte Beugungsmaximum liegt genau auf dem Lot des Walzenspaltes (d.h. auf der Höhe der Spaltmitte). Der Winkel α zwischen dem Lot und erstem Maximum ergibt sich aus
Eine Besonderheit der beanspruchten Anordnung liegt in der Begrenzung des Spalts durch der an den Querschnitt des Spalts angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der Walzen mit einem Walzenradius anstelle von scharfkantigen Spaltbegrenzungen. Ein an den Linien auf den Mantelflächen auftreffender Lichtstrahl kann somit an der Linie nicht ungehindert gebeugt werden, sondern es bilden sich Reflexionen und Lichtstreuung an den die Linien umgebenden Mantelflächen der Walzen, die das vorgenannte an die Aufnahmefläche weitergeleitete Interferenzmuster signifikant beeinflussen oder stören, je größer der Beugungswinkel ist. Um diesen Einfluss zu begrenzen, werden die folgenden Maßnahmen vorgeschlagen:
- - Es wird vorgeschlagen, ausschließlich für die Spaltweitenmessung zwischen zwei Walzen nur die Entfernung zwischen nullten und ersten Beugungsmaxima oder weiter bevorzugt des nullten Beugungsmaximums und der ersten Beugungsminima (zwischen nullten und ersten Beugungsmaxima) heranzuziehen.
- - Alternativ oder ergänzend werden zusätzlich hierzu der Glanzgrad der Mantelflächen in den Wirkbereichen des Lichtstrahls mittels einer Beschichtung mit einer matten Oberfläche oder Antireflexschicht oder Erhöhung der Oberflächenrauigkeit verringert, womit in vorteilhafter Weise auftreffende Lichtstrahlen absorbiert und/oder gestreut anstatt reflektiert werden.
- - Um den Einfluss von Reflexionen oder Streuung an den Mantelflächen der Walzen weiter zu reduzieren, wird vorzugsweise der Einwirkbereich des Lichtstrahls der Lichtquelle auf die Mantelfläche weitgehend begrenzt. Der Lichtstrahl wird bereits vor dem Erreichen des Spaltes begrenzt, vorzugsweise nur auf die den Spalt begrenzenden Linien auf den Mantelflächen. Weiter bevorzugt wird hierzu zwischen Lichtquelle und Spalt eine Blende vorgeschlagen, die die Walzen bis auf die den Spalt begrenzenden Linien möglichst weitgehend vom Lichtstrahl abschattet.
- - Eine weitere Maßnahme sieht eine Ausgestaltung der hinter dem Kalanderspalt angeordneten Komponenten oder Flächen in der Weise (Ausrichtung oder Schwärzung von Reflexionsbereichen) vor, dass an diesen Beugungen höherer Ordnung nicht reflektiert werden können.
- - It is proposed to use only the distance between the zeroth and first diffraction maxima or, more preferably, the zeroth diffraction maximum and the first diffraction minima (between the zeroth and first diffraction maxima) for the gap width measurement between two rollers.
- - Alternatively or additionally, the degree of gloss of the lateral surfaces in the effective areas of the light beam is reduced by means of a coating with a matt surface or anti-reflective layer or by increasing the surface roughness, whereby incident light rays are advantageously absorbed and/or scattered instead of reflected.
- - In order to further reduce the influence of reflections or scattering on the lateral surfaces of the rollers, the area of effect of the light beam from the light source on the lateral surface is preferably limited as far as possible. The light beam is limited before it reaches the gap, preferably only to the lines on the lateral surfaces that delimit the gap. It is also preferred to provide a diaphragm between the light source and the gap, which shades the rollers as far as possible from the light beam, except for the lines that delimit the gap.
- - A further measure provides for a design of the components or surfaces arranged behind the calender gap in such a way (alignment or blackening of reflection areas) that higher order diffractions cannot be reflected at them.
Ein entscheidender Faktor zur Erzeugung des Interferenzspektrums ist die Kohärenz des Lichts. Besonders gut zur Erzeugung von kohärentem Licht eignen sich Laser als Lichtquelle. Laserlicht bietet zusätzlich den Vorteil einer guten Fokussierbarkeit und eine hohe Intensität, was für eine deutliche Erkennbarkeit der Beugungssignale durch den Lichtdetektor sorgt. Die Erfassung der Walzenspaltweite erfolgt mit einer Auflösung im 0,1 um-Bereich, vorzugsweise mit einer Zeilenkamera mit einer Aufnahmekonfiguration 8160 Pixel, Sensorlänge 40,8mm und Pixelgröße 5pm, die in einem Abstand von bevorzugt zwischen 1000 und 1500 mm (z.B. 1135 mm) zum Spalt angeordnet ist. Als Lichtquelle dient beispielsweise entspricht einem Diodenpunktlaser mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 600 nm (z.B. 450 nm), die durch den Lichtdetektor erfassbar sein muss.A decisive factor in generating the interference spectrum is the coherence of the light. Lasers are particularly well suited as a light source for generating coherent light. Laser light also offers the advantage of good focusability and high intensity, which ensures that the diffraction signals are clearly recognizable by the light detector. The roller gap width is recorded with a resolution in the 0.1 μm range, preferably with a line camera with a recording configuration of 8160 pixels, sensor length 40.8 mm and
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung wird eine idealisiert punktförmige Lichtquelle, weiter vorzugsweise eine Laserlichtquelle vorgeschlagen, vorzugsweise geeignet für eine Erzeugung eines Lichtstrahls mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 500nm. Eine punktförmige Lichtquelle Sie ist vorzugsweise mit einem Abstand größer als das zehnfache, weiter bevorzugt als das zwanzigfache der Spaltweite vor dem Spalt angeordnet, sodass der Lichtstrahl über die gesamte Spaltweite nahezu parallel auftritt.In a preferred embodiment, an idealized point-shaped light source, more preferably a laser light source, is proposed, preferably suitable for generating a light beam with a wavelength between 400 and 500 nm. A point-shaped light source is preferably arranged at a distance greater than ten times, more preferably than twenty times the gap width in front of the gap, so that the light beam appears almost parallel across the entire gap width.
Eine alternative Ausgestaltung sieht eine Lichtquelle für die Erzeugung eines rechteckigen Lichtstrahlenquerschnitts mit parallelen Lichtstrahlen vor, mit dem die gesamte Spaltweite einschließlich der an den Querschnitt des Spalts angrenzenden Linien auf den Mantelflächen erfasst. Der rechteckige Lichtstrahlenquerschnitt mit einem Längen zu Breiten-Verhältnis von vorzugsweise über 10, weiter bevorzugt über 20, wird dabei vorzugsweise senkrecht zu den angrenzenden Linien auf den Querschnitt des Spalts projiziert. Der Lichtstrahl wird dabei vorzugsweise durch eine entsprechende, Lichtquelle mit einer Vorsatzoptik erzeugt.An alternative embodiment provides a light source for generating a rectangular light beam cross-section with parallel light beams, with which the entire gap width is captured, including the lines on the lateral surfaces adjacent to the cross-section of the gap. The rectangular light beam cross-section with a length to width ratio of preferably more than 10, more preferably more than 20, is preferably projected onto the cross-section of the gap perpendicular to the adjacent lines. The light beam is preferably generated by a corresponding light source with an attachment optic.
Bevorzugt kreuzt der kohärente Lichtstrahl orthogonal den Querschnitt des Spaltes.Preferably, the coherent light beam crosses the cross-section of the slit orthogonally.
Der Lichtdetektor ist im Rahmen einer bevorzugten Ausführung eine Kamera, beispielsweise eine vorgenannte Zeilenkamera mit einer Aufnahmekonfiguration 8160 Pixel, Sensorlänge 40,8mm und Pixelgröße 5pm, die den Intensitätsverlauf des Lichtspektrums aufnimmt und als Foto abbildet. Um eine Verfälschung der Beugungssignale auf dem Foto oder ein Erfordernis einer komplexen Umrechnung und Kalibrierung zu vermeiden, wird eine Kamera vorzugsweise ohne Objektiv oder andere optisch manipulierende Vorschaltelemente vorgeschlagen. Das Beugungs-spektrum ist in seiner Ausdehnung vom Abstand der Walzen abhängig. Aus der Entfernung der Interferenzerscheinungen ist die Spaltweite über die für eine Beugung am Einzelspalt hergeleiteten Beziehungen herleitbar, wobei im Rahmen der Erfindung vorzugsweise ausschließlich die Entfernung des nullten und ersten Beugungsmaximums bzw. des nullten Beugungsmaximums und des ersten Beugungsminimums herangezogen werden.In a preferred embodiment, the light detector is a camera, for example the aforementioned line camera with a recording configuration of 8160 pixels, sensor length 40.8 mm and
Eine alternative bevorzugte Ausführungsform sieht eine Zeilenkamera oder ein CCD-Zeilendetektor als Lichtdetektor vor. Dabei ist die Zeilenkamera aus der Perspektive der Lichtquelle vorzugsweise orthogonal zum Spalt ausgerichtet (wie vorgenannter rechteckige Lichtstrahlenquerschnitt), wobei die Zeilen parallel zu der Fläche, die durch den Spalt und den Lichtstrahl aufgespannt ist, ausgerichtet sind. Spalt und Lichtdetektor sind in ihrer jeweiligen größten geometrischen Erstreckung somit windschief und nicht parallel zueinander ausgerichtet und überlagern sich so aus der Perspektive von der Lichtquelle aus gesehen zu einem Kreuz. Die Zeilen der Zeilenkamera oder CCD-Zeilendetektors sind vorzugsweise parallel zu der größten Erstreckung des Spaltes ausgerichtet.An alternative preferred embodiment provides a line camera or a CCD line detector as a light detector. From the perspective of the light source, the line camera is preferably aligned orthogonally to the slit (like the aforementioned rectangular light beam cross-section), with the lines aligned parallel to the area spanned by the slit and the light beam. The slit and light detector are thus skewed and not parallel to each other in their respective largest geometric extent and thus overlap to form a cross when viewed from the perspective of the light source. The lines of the line camera or CCD line detector are preferably aligned parallel to the largest extent of the slit.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass zumindest die beiden an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der beiden Walzen parallel und/oder die beiden Walzen zylindrisch und parallel zueinander sind, zumindest um den Einwirkbereich eines Lichtstrahls herum. Dies bedeutet, dass der Spalt axial zu den Walzen über die gesamte Spaltlänge bzw. um den Einwirkbereich eines Lichtstrahls herum eine einheitliche Spaltweite aufweist.A preferred embodiment provides that at least the two lines adjacent to the cross section on the lateral surfaces of the two rollers are parallel and/or the two rollers are cylindrical and parallel to one another, at least around the area of impact of a light beam. This means that the gap axially to the rollers has a uniform gap width over the entire gap length or around the area of impact of a light beam.
Bei dem vorbeschriebenen Spaltweitenmesssystem handelt sich um ein In-Linie-Messsystem, welche eine berührungsfreie Bestimmung der breite selbst sehr kleiner Spalte zulässt. Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass der Lichtstrahl und damit insbesondere der geometrische Abstand insbesondere Lichtquelle zum Spalt flexibel gestaltbar ist und auch größere Lauflängen z.B. über 1m bis hin zu 20 oder 50 m und weiter zulässt. Die Anordnung bietet hier insbesondere die Möglichkeit, Laser und Detektor nahezu beliebig weit von dem Walzenpaar platzieren zu können, da lediglich eine Verdeckung des Lichtstrahls (vorzugsweise Laserlinie) verhindert werden muss. Somit ist das Spaltweitenmesssystem in vorteilhafter Weise flexibel auch in komplexere oder beengte Kalanderwalzenanordnungen und -systeme integrierbar.The gap width measuring system described above is an in-line measuring system system, which allows contact-free determination of the width of even very small gaps. A particular advantage is that the light beam and thus in particular the geometric distance, in particular the light source to the gap, can be designed flexibly and also allows longer running lengths, e.g. over 1m up to 20 or 50 m and further. The arrangement offers the possibility of placing the laser and detector almost any distance from the roller pair, since only the obscuring of the light beam (preferably laser line) has to be prevented. This means that the gap width measuring system can also be flexibly integrated into more complex or cramped calender roller arrangements and systems.
Auch ist der geometrische Abstand auch vom Spalt zum Lichtdetektor flexibel gestaltbar. Eine Begrenzung des Messbereichs liegt bei der beschriebenen Lösung grundsätzlich nicht vor, da sich die Beugungseffekte mit zunehmender Entfernung vom Kalander, d.h. vom Spalt vergrößern und die Spaltweite somit sogar genauer ausgewertet werden können. Eine Begrenzung liegt allenfalls in der mit zunehmender Entfernung vom Spalt einhergehenden Reduzierung der Beugungslichtintensitäten.The geometric distance from the slit to the light detector can also be designed flexibly. There is basically no limitation to the measuring range with the solution described, since the diffraction effects increase with increasing distance from the calender, i.e. from the slit, and the slit width can therefore be evaluated even more precisely. The only limitation is the reduction in the diffracted light intensity that occurs with increasing distance from the slit.
Im Vergleich mit den eingangs genannten herkömmlichen Systemen ist bei Lösung vor allem der zu erwartende Genauigkeitsvorteil hervorzuheben. Limitierend sind hier lediglich die Auflösung sowie die Entfernung des Lichtdetektors zum Spalt. Die Auflösung des Detektors ist hier durch den aktuellen Stand der Technik begrenzt, wobei anzumerken ist, dass hier auch weiterhin starke Verbesserungen im Bereich der Industriekameras zu erwarten ist.In comparison with the conventional systems mentioned above, the solution is particularly notable for its expected accuracy advantage. The only limitations here are the resolution and the distance of the light detector from the slit. The resolution of the detector is limited by the current state of the art, although it should be noted that further major improvements are to be expected in the field of industrial cameras.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, den folgenden Figuren und Beschreibungen näher erläutert. Alle dargestellten Merkmale und deren Kombinationen sind nicht nur auf diese Ausführungsbeispiele und deren Ausgestaltungen begrenzt. Vielmehr sollen diese stellvertretend für weitere mögliche, aber nicht explizit als Ausführungsbeispiele dargestellte weitere Ausgestaltungen kombinierbar angesehen werden. Es zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit zwei voneinander unter Ausbildung eines Spaltes beabstandeten Walzen mit einem Spaltweitenmesssystem, -
2 schematisch im Detail den Bereich zwischen Spalt und Aufnahmefläche des Lichtdektors mit Beugungsmuster mit Beugungsmaxima nullter und erster Ordnung, -
3a und b Draufsichten zweier Anordnungsbeispiele einer Spaltweitenmessung zwischen zwei Kalanderwalzen in einem Kalander beispielsweise für die Elektrodenproduktion für Batteriezellen, -
4 einen beispielhaften Ablaufplan für eine Einstellung des Lasers sowie -
5 einen beispielhaften Ablaufplan für eine Ausrichtung und Darstellungsoptimierung einer Messung eines Beugungsspektrums.
-
1 a schematic representation of an arrangement with two rollers spaced apart from each other to form a gap with a gap width measuring system, -
2 schematically in detail the area between the slit and the receiving surface of the light detector with diffraction pattern with zeroth and first order diffraction maxima, -
3a and b top views of two examples of arrangements for a gap width measurement between two calender rolls in a calender, for example for the electrode production for battery cells, -
4 an example flow chart for setting up the laser and -
5 an example flow chart for alignment and display optimization of a diffraction spectrum measurement.
Den grundlegenden Aufbau gem.
Ferner sind Verstellmittel 12, 13 für die Lichtquelle bzw. dem Lichtdetektor in zumindest eine windschief zu den Walzen orientierte laterale Verstellrichtung vorgehen. Im dargestellten Beispiel sind die Walzen 2 und 3 horizontal, die mit Doppelpfeilen angedeuteten Verstellrichtungen der Verstellmittel 12 und 13 vertikal dargestellt. Lichtquelle 4, Spalt 1 und Lichtdetektor 9 sind in der genannten Reihenfolge fluchtend in einer bevorzugt geraden Linie angeordnet, und sind mit den genannten Verstellmitteln auf diese Linie einjustierbar. Ferner sind eine Auswerteeinheit 14 mit hinterlegten Erfahrungswerten und eine Vergleichslogik für einen Vergleich der mittels der Aufnahmefläche erfassten Beugungssignale mit den Erfahrungswerten sowie eine Steuerungseinheit 15 für Steuersignale 17 für ein Anfahren und/oder Anhalten der Verstellmittel 12 und 13 vorgesehen. In der Vergleichslogik sind Limits für den genannten Vergleich vorgesehen, die mit Auslösemitteln versehen Triggersignale 16 für die Steuereinheit erzeugen. Damit lassen sich mit den Verstellmitteln Position der Lichtquelle und des Lichtdetektors relativ zum Spalt in Abhängigkeit zu den erfassten und ausgewerteten gebeugten Lichtstrahlen einstellen und zugunsten eines verbesserten Signal-Störsignal-Verhältnisses optimieren.Furthermore, adjustment means 12, 13 for the light source or the light detector are arranged in at least one lateral adjustment direction oriented at an angle to the rollers. In the example shown, the
Weiterhin liefert die Steuerungseinheit 15 Steuersignale 17 für Verstellmittel 26 für die Weite des Spalts 1 zwischen den beiden Walzen 2 und 3. Im dargestellten Beispiel umfassen diese Stellmittel einen Stellantrieb 27 für eine bevorzugte Parallelverschiebung vorzugsweise nur einer Walze (um Beispiel die untere Walze). Die Verstellmittel umfassen im Rahmen der Erfindung auch Stellantriebe nur für die obere Walze oder auch beide Walzen, je nach Ausgestaltung des Kalanderprozesses und der hierfür erforderlichen geometrischen Rahmenbedingungen. Vorzugsweise wird angestrebt, dass nur die durch das durchlaufende Werkstück, wie z.B. Elekrodenband einer Batterie, entweder axial geringer belastete Walze oder mit einer geringeren Kontaktfläche auf der Mantelfläche (vorzugsweise nur die vorgenannten angrenzende Linie 7, während das Werkstück z.B. auf der Mantelfläche der anderen Walze über die Linie hinaus aufliegt) in Kontakt tretende Walze durch die Verstellmittel verstellbar gestaltet wird.Furthermore, the
Vorzugsweise weisen die Verstellmittel 12 und 13 zusätzlich zu der mit Doppelpfeilen angedeuteten vertikal lateralen Einstellbarkeit auch weitere Verstellmöglichkeiten wie z.B. eine vertikale Winkelverstellbarkeit für die Lichtquelle und/oder Lichtdetektor auf, womit eine weitere Justierbarkeit des Spaltmesssystems gegeben ist. Insbesondere lässt sich der auf den Spaltquerschnitt auftreffende Lichtstrahl von einer grundsätzlich bevorzugten orthogonalen Einstrahlung auf den Querschnitt des Spaltes in seinem Winkel zugunsten eines weiter verbesserten Signal-Störsignal-Verhältnisses der empfangenen gebeugten Lichtsignale optimieren.Preferably, in addition to the vertical lateral adjustability indicated by double arrows, the adjustment means 12 and 13 also have further adjustment options such as vertical angle adjustability for the light source and/or light detector, which provides further adjustability of the gap measuring system. In particular, the angle of the light beam impinging on the gap cross-section can be optimized from a fundamentally preferred orthogonal irradiation onto the gap cross-section in favor of a further improved signal-to-noise ratio of the received diffracted light signals.
Nicht dargestellt sind optionale Abschattungselemente wie z.B. Blenden vorzugsweise zwischen Lichtquelle 4 und Spalt 1, die die Walzenoberflächen bis auf den Bereich der an den Querschnitt angrenzenden Linien 7 der Walzenoberflächen 8 vom Lichtstrahl abschattet.Not shown are optional shading elements such as diaphragms preferably between the
Zwei bevorzugte Applikationsbeispiele des Spaltweitenmesssystems in einem Kalander sind in
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Wie in
In der darauffolgenden zweiten Block 34 erfolgt eine Justierung des bereits durch den Spalt durchgetretenen und gebeugten Lichtstrahls vorzugsweise anhand des Beugungsmaximums nullter Ordnung durch Verstellmittel für den Lichtdetektor. Die Einstellhilfe mit dem Kreuz ist ausgehend von der jeweiligen Lichtquelle hinter dem Spalt angeordnet. In einem ersten Schritt erfolgt jeweils eine horizontale Winkelnachjustierung 35 bzw. 36, gefolgt von jeweils einer vertikalen Winkelnachjustierung 37 bzw. 38 mit anschließender Dekativierung 39 der Lichtquelle und der genannten Verstellmittel.In the following
Es zeigt sich jedoch, dass eine Ausrichtung des Lichtstrahls durch den Spalt anhand des Beugungsmaximums nullter Ordnung mit abnehmender Spaltweite b zunehmend erschwert wird. Aus diesem Grund hat es sich als praktikabel erwiesen, zunächst eine Vorabausrichtung an einem Spalt mit vergrößerte Spaltweite vorzunehmen. Die vergrößerte Spaltweite wird durch Verfahren nur einer der beiden Walzen eingestellt, vorzugsweise durch die
Mit dem vorgenannten Procedere der Einstellung soll erreicht werden, dass der Laserstrahl an zwei Stellen, d.h. vor und nach Durchtritt durch den Spalt exakt auf das Kreuz ausgerichtet ist.The aim of the adjustment procedure described above is to ensure that the laser beam is precisely aligned with the cross at two points, i.e. before and after passing through the gap.
In einem ersten Schritt erfolgt ein Justierung 40 der Aufnahmefläche des Lichtdetektors durch die hierfür vorgesehenen Verstellmittel an das Lot, an dem das Beugungsmaximum nullter Ordnung erwartet wird (vgl.
Die Aufnahme wird im Speziellen erschwert, da es durch die Führungsbleche im Kalander aber auch den Walzen selbst zu Reflexionen kommt, wodurch bei zufälligen Erscheinungen der Eindruck eines Beugungsspektrums entstehen kann. Es hat sich gezeigt, dass eine Überlagerung mit bis zu drei spektrenähnlichen Erscheinungen sehr wahrscheinlich ist. Beim Verfahren des Hubtischs zeigten sich grundsätzlich eine Überlagerung von Reflexionen der Spektren beider Walzen mit dem Beugungsspektrum am Spalt, aber auch mit zusätzlichen Rauschsignalen, welche aus Reflexionen an den Walzen oder anderen Komponenten wie z.B. die vorgenannten Abschattungselemente (z.B. Blenden und/oder Führungsbleche) oder dem Werkstück resultieren.The recording is made particularly difficult because the guide plates in the calender and also the rollers themselves cause reflections, which can create the impression of a diffraction spectrum if they occur randomly. It has been shown that an overlay with up to three spectra-like phenomena is very likely. When the lifting table was moved, there was generally an overlay of reflections of the spectra of both rollers with the diffraction spectrum at the gap, but also with additional noise signals resulting from reflections on the rollers or other components such as the aforementioned shading elements (e.g. apertures and/or guide plates) or the workpiece.
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 11
- Spaltgap
- 22
- obere Walzeupper roller
- 33
- untere Walzelower roller
- 44
- LichtquelleLight source
- 55
- kohärenter Lichtstrahlcoherent light beam
- 66
- Querschnitt des SpaltesCross section of the gap
- 77
- an den Querschnitt angrenzenden Linienlines adjacent to the cross section
- 88th
- MantelflächeShell surface
- 99
- LichtdetektorLight detector
- 1010
- AufnahmeflächeRecording area
- 1111
- gebeugten Lichtstrahlendiffracted light rays
- 1212
- Verstellmittel (Hubtisch) für die LichtquelleAdjustment device (lifting table) for the light source
- 1313
- Verstellmittel für den LichtdetektorAdjustment device for the light detector
- 1414
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 1515
- SteuerungseinheitControl unit
- 1616
- TriggersignalTrigger signal
- 1717
- SteuersignalControl signal
- 1818
- InterferenzmusterInterference pattern
- 1919
- Beugungsmaximum nullter OrdnungZero-order diffraction maximum
- 2020
- Beugungsmaxima erster OrdnungFirst order diffraction maxima
- 2121
- Beugungsminima erster OrdnungFirst order diffraction minima
- 2222
- LotLot
- 2323
- ElektrodenbandElectrode band
- 2424
- Mantelflächenbereich mit abweichenden GlanzgradSurface area with different gloss level
- 2525
- SpiegelelementMirror element
- 2626
- Verstellmittel für die Weite des SpaltsAdjustment means for the width of the gap
- 2727
- StellantriebActuator
- 2828
- erster Block für Ablaufplan zur Lichtquellenjustierungfirst block for flow chart for light source adjustment
- 2929
- Aktivierung der beiden LichtquellenActivation of the two light sources
- 3030
- Justierung für erste LichtquelleAdjustment for first light source
- 3131
- Justierung für zweite LichtquelleAdjustment for second light source
- 3232
- vertikale Winkeljustierung für erste Lichtquellevertical angle adjustment for first light source
- 3333
- vertikale Winkeljustierung für zweite Lichtquellevertical angle adjustment for second light source
- 3434
- zweiter Block für Ablaufplan zur Lichtquellenjustierungsecond block for flow chart for light source adjustment
- 3535
- horizontale Winkelnachjustierung der ersten Lichtquellehorizontal angle adjustment of the first light source
- 3636
- horizontale Winkelnachjustierung der zweiten Lichtquellehorizontal angle adjustment of the second light source
- 3737
- vertikale Winkelnachjustierung der ersten Lichtquellevertical angle adjustment of the first light source
- 3838
- vertikale Winkelnachjustierung der zweiten Lichtquellevertical angle adjustment of the second light source
- 3939
- Deaktivierung der beiden LichtquellenDeactivation of the two light sources
- 4040
- Justierung der Aufnahmefläche des LichtdetektorsAdjustment of the light detector’s receiving surface
- 4141
- Erfassung des auf die Aufnahmefläche projektierte InterferenzmustersDetection of the interference pattern projected onto the recording surface
- 4242
- Überprüfung des InterferenzmustersChecking the interference pattern
- 4343
- Änderung der VerfahrparameterChanging the travel parameters
- 4444
- Spektrumspectrum
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 19631438 C2 [0015]DE 19631438 C2 [0015]
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Country | Link |
---|---|
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- 2022-10-05 DE DE102022125630.8A patent/DE102022125630A1/en active Pending
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