DE1056842B - Verfahren und Einrichtung zur beruehrungslosen Breitenmessung - Google Patents

Description

Zur berührungslosen Messung der Breite, insbesondere von bandförmigem Material, ist es bereits bekannt, zwei Fernsehaufnahmekameras vorzusehen, welche auf die Kanten des zu messenden Gutes eingestellt sind und aus den von den beiden Kameras gelieferten Signalen Meßspannungen zur Anzeige der Breite abzuleiten. Derartige Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß es sehr schwierig ist, die Abtastung der beiden Kameras völlig synchron ablaufen zu lassen und daß es nicht möglich ist, eventuelle Fehler, Unstimmigkeitsstellen od. dgl. in den signalerzeugenden Elektroden der Bildaufnahmeröhren zu kompensieren. Insbesondere ergibt sich die Schwierigkeit, bei Ausfall einer Bildaufnahmeröhre beide Röhren, auch die noch betriebsfähige zweite, auszuwechseln und durch speziell ausgewählte und verglichene Röhren ersetzen zu. müssen.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird eine Blende, die in einem zu einem endlosen Band zusammengeschlossenen Träger vorgesehen ist, vor einem lichtempfindlichen Element mit konstanter Geschwindigkeit vorbeigezogen. Dabei wird das ganze zu messende bandförmige Gut abgebildet. Diese Anordnung besitzt den Nachteil einer zu geringen Auflösung, da der Schlitz nicht beliebig schmal gemacht werden kann, und deshalb ist es nicht möglich, bei einer bestimmten geforderten absoluten Genauigkeit breitere Materialien zu messen. Die Anordnung ist daher nur für relativ schmale bandförmige Materialien geeignet. Außerdem ist die Meßgenauigkeit sehr gering, da das Blickfeld des lichtelektrischen Elementes die ganze Breite des Bandes erfassen muß.

Die Nachteile und Mangel der bekannten Anordnungen werden nach der Erfindung dadurch behoben, daß bei einem Verfahren zur berührungslosen Breitenmessung, insbesondere von bandförmigem Material, die beiden Meßkanten des Objektes über je eine zugehörige Optik auf je einem mit einer Schlitz- oder Lochblende versehenen Fotomultiplier zur Abbildung gebracht werden und daß im optischen Strahlengang rotierende oder schwingende Spiegel vorgesehen sind, deren Antrieb so ausgebildet ist, daß sich die Abbildungen der beiden Meßkanten mit völlig gleicher Geschwindigkeit über die (Schlitz-) Blenden bewegen, und daß die Breitenmessung auf eine an sich bekannte Phasenvergleichsmessung der von den beiden Fotomultipliern gelieferten elektrischen Impulse zurückgeführt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine wesentlich erhöhte Meßgenauigkeit erzielt, da sich unter anderem das zur Abbildung der Meßkanten nötige Bildfeld nur auf einem Bruchteil der gesamten Breite des Materials erstreckt und daher auftretende Breitenänderungen mit größerer relativer Genauigkeit erfaßt werden kön-

Verfahren und Einrichtung
zur berührungslosen Breitenmessung

Anmelder:

Max Grundig,

Fürth (Bay.), Kurgartenstr. 37

Dipl.-Phys. Walter Mayer, Fürth (Bay.),
ist als Erfinder genannt worden

nen. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit der zugehörigen Anlage. Die lichtempfindliche Fläche der Fotomultiplier kann sehr klein gehalten werden, wodurch sich weitere Einsparungen und Vereinfachungen ergeben.

Die Auswertung der von den beiden Fotomultipliern gelieferten Impulse in Phasenvergleichsschaltungen ist an sich bekannt. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Bewegungen beider Abbildungen durch mit gleicher Geschwindigkeit rotierende Spiegel bewirkt werden, die durch aus dem gleichen Netz gespeiste Synchronmotore angetrieben sind. Infolge Ungleichmäßigkeiten der Motoren, beispielsweise verschiedener Lagerreibung od. dgl., läßt sich keine völlige Phasenstarrheit zwischen den beiden Motoren erreichen, während die Winkelgeschwindigkeit jedoch sehr genau übereinstimmt. Um eindeutige Bezugsimpulse zu erhalten, werden erfindungsgemäß auf den Motorachsen, oder an anderen geeigneten Stellen der Synchronmotore, Mittel (z. B. Magnetpole) vorgesehen, die an feststehenden, justierbaren Einrichtungen (z. B. Spulen) vorbeibewegt werden. Diese Mittel erzeugen dann gemeinsam einen Startimpuls. Dabei wird die Justierung derart vorgenommen, daß der Startimpuls ausgelöst wird, sobald der Spiegel das zu beobachtende Meßfeld, in dem sich die Kanten des zu messenden Gutes bewegen können, erreicht. Beim Weiterdrehen des Spiegels wird sodann durch den Helligkeitssprung an der Meßkante im Fotomultiplier der Meßimpulse erzeugt. Zur Messung der Breite wird dann die zeitliche Differenz zwischen den beiden Meßimpulsen verwendet, wobei die Startimpulse als Bezugsgrößen dienen.

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Bei einer möglichen Ausführungsform wird durch den Startinipuls des einen Motors eine triggerbare Zeitablenkschaltung einer Kathodenstrahlröhre angestoßen. Der Elektronenstrahl schreibt daher eine Zeitachse auf den Bildschirm. Gleichzeitig wird an diese Schaltung der Fotomultiplier angeschlossen, und zwar so, daß der Meßimpuls eine Auslenkung der Zeitachse bewirkt. Aus der Zeitdauer zwischen dem Startimpuls und dem Meßimpuls läßt sich nun, gegebenenfalls durch eine Skala oder Eichteilung die Entfernung der Meßkante von der Meßfeldgrenze bestimmen bzw. anzeigen. Prinzipiell ist daher für die Messung der Breite von bandförmigen Materialien nur eine Anordnung der beschriebenen Art nötig. Es besteht dabei jedoch die Gefahr, daß bei gleichbleibender Breite, jedoch paralleler Verschiebung des Gutes, Meßfehler auftreten. Diese könnten nur dadurch vermieden werden, daß die andere Meßkante in ihrer Lage dauernd völlig eindeutig festgelegt ist. Da dies jedoch unter Umständen größeren Aufwand erfordert, empfiehlt sich die Verwendung zweier gleichartiger Anordnungen für jede Meßkante des Gutes, wodurch Parallel verschiebungen ohne Wirkung auf die Anzeige bleiben. In die auf die Kathodenstrahlröhre geschriebene Zeitachse können durch an sich bekannte, geeignete Schaltungen äquidistante Bezugszeichen durch Hell- oder Dunkeltastung eingeblendet werden. Es ist vorteilhaft, den Startimpuls auf dem Bildschirm in an sich bekannter Weise zu unterdrücken. Die Auswertung der Phasendifferenz zwischen den beiden Meßimpulsen erfolgt dann vorteilhafterweise in der Art, daß durch den ersten Startimpuls die Zeitablenkschaltung einmal angestoßen wird und vom Fotomultiplier der Meßimpuls auf der Zeitachse erscheint. Der oder die Spiegel, die dem zweiten Multiplier zugeordnet sind, sind gegenüber dem des ersten etwas verdreht, so daß der Startimpuls des zweiten Synchronmotors während der Meßpause der ersten Anordnung auftritt. Die Zeitablenkung der Kathodenstrahlröhre wird daher abwechselnd von der einen Anordnung und von der anderen Anordnung ausgelöst. Zur Unterscheidung der Meßimpulse ist es zweckmäßig, diesen entgegengesetzte Polarität zu geben. Sofern das zu messende Gut die vorgesehene Breite besitzt, erscheinen auf dem Schirmbild die beiden Meßimpulse genau übereinander. Sobald zwischen den beiden Meßimpulsen eine zeitliche Verschiebung auftritt, bedeutet dies, daß die Breite des Bandes nicht das Sollmaß besitzt. Dabei ist es natürlich von der Einstellung der Anordnung abhängig, ob ein Voreilen des ersten, beispielsweise der linken Kante zugeordneten Impulses vor dem der anderen Kante zugehörendem Impuls eine Verbreiterung oder Verschmälerung anzeigt. Diese Zuordnung hängt von der Anordnung der Spiegel, von der Polung der Fotomultiplier u. dgl. ab. Sie läßt sich sehr einfach von vornherein für eine gegebene Anordnung fest einstellen und die Anzeige dann endgültig in Verbreiterung oder Verengerung eichen. Bei einer Parallelverschiebung des zu messenden Gutes werden auch die beiden Meßimpulse auf der Zeitachse verschoben, jedoch um denselben Betrag, so daß sie trotzdem in Deckung bleiben.

Bei einer anderen möglichen Ausführungsform des Verfahrens wird durch die Startimpulse jeweils ein Univibrator angestoßen, und jeder dieser Univibratoren wird durch den zugehörigen Meßimpuls wieder in die vorherige Lage zurückgekippt. Die Univibratoren geben daher Rechteckspannungen ab, deren Dauer abhängig ist von den Zeitintervallen zwischen Startimpuls und Meßimpuls. Diese in den beiden Kanälen erzeugten Rechteckimpulse werden einer an sich bekannten Brückenschaltung zugeführt und steuern dort ein Anzeigegerät, eine Regelvorrichtung 5 oder Steuereinrichtung od. dgl. Dabei ist die Ansprechzeit der Brücke wesentlich größer zu wählen als die Meßfrequenz, weil nur ein zeitlicher Mittelwert angezeigt werden kann, da zwischen den beiden Rechteckimpulsen, die von den jeweiligen

ίο Univibratoren geliefert werden, keine Phasenstarrheit besteht.

Zur Wiedergabe der getriggerten Zeitablenkung können beliebige Kathodenstrahlröhren verwendet werden, beispielsweise Oszillografenröhren, aber auch normale Fernsehbildröhren mit magnetischer oder elektrostatischer oder gemischter Ablenkung. Dabei ergibt sich, daß die Verwendung größerer Fernsehbildröhren vorteilhafter ist, da die Anzeige mit größerer Helligkeit und besserer Sichtbarkeit, auch auf größere Distanzen, erfolgt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, welche Ausführungsformen einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens darstellt, näher erläutert. In der Fig. 1 ist schematisch eine Meßanordnung zur Durchführung des Verfahrens gezeigt. Dabei sind die Kanten 1 und 2 des zu messenden bandförmigen Materials 3 durch geeignete Lichtquellen 4 und 5 derart beleuchtet, daß beispielsweise das Material 3 dunkel erscheint und die rechts und links von den Kanten 1 und 2 befindlichen Teile hell. Dieser Helligkeitssprung wird mit Hilfe der Spiegeleinrichtung 6 und 7 und der Optiken 8 und 9 auf den Fotomultipliern 10 und 11 abgebildet. Vor den Fotomultipliern 10 und 11 sind Blendeneinrichtungen 12 und 13 vorgesehen, welche als Schlitz- oder Lochblenden ausgebildet sein können und deren wirksame öffnung vorzugsweise justierbar ist. Die Öffnung der Blenden 12 bzw. 13 wird dabei derart gewählt, daß einerseits die für die Fotomultiplier 10., 11 notwendige Lichtmenge durchgelassen wird und andererseits der entstehende Meßimpuls beim Überstreichen des Spiegelbildes möglichst kurz bleibt. Die beiden Spiegeleinrichtungen 6 und 7, welche in der Zeichnung als Spiegelräder dargestellt sind, auf welchen jeweils vier Spiegel 14 angebracht sind, werden durch Synchronmotore 15 und 16 mit völlig gleicher Geschwindigkeit angetrieben. Die Synchronmotore 15 und 16 werden von einer gemeinsamen Spannungsquelle 17, welche zweckmäßig an das Netz angeschlossen ist, gespeist. Durch die (nicht gezeichneten) Mittel an den Synchronmotoren 15 und 16 werden Startimpulse zur Erzeugung einer Zeitbasis mit Hilfe einer triggerbaren Zeitablenkschaltung 18 auf einer angeschlossenen Kathodenstrahlröhre 19 gewonnen. Die Erzeugung der nötigen Ablenkspannungen und der anderen für den Betrieb der Kathodenstrahlröhre 19 nötigen Impulse u. dgl. geschieht in der Einrichtung 20. Die Meßimpulse aus den Fotomultipliern 10 und 11 werden ebenfalls der Einrichtung 20 zugeführt. Dort wird einer der beiden in der Phase umgedreht und beide der Vertikalablenkstufe der Kathodenstrahlröhre 19 zugeleitet.

Wie in Fig. 2 gezeigt wird, ist es auch möglich, die Startimpulse zur Auslösung von Univibratorschaltungen in den Stufen 21 und 21' zu benutzen, wobei die Univibratoren durch die von den Multipliern 10 und 11 gelieferten Meßimpulse wieder in ihre ursprüngliche Lage zurückgekippt werden. Die dadurch in den beiden Kanälen erzeugten Rechteckspannungen werden der Brückenschaltung 22 zugeführt und erzeugen dort eine Spannung, welche zur Steuerung eines An-

Claims (10)

zeigeinstrumentes 23 bzw. einer Steuer-, Regel- oder ähnlichen Einrichtung dient. Die Wirkungsweise des Verfahrens ist dabei derart, daß bei Sollbreite des Gutes 3 die den Bildern der Kanten 1 und 2 entsprechenden Meßimpulse in gleichen Abständen von den von den Synchronmotoren 15 und 16 gelieferten Startimpulsen auftreten. Eine Parallelverschiebung der Kanten 1 und 2 gegeneinander, bei gleichbleibendem Abstand, ändert dabei die Anzeige nicht, da die Impulse in den Multi- ίο pliern 10 und 11 jeweils um denselben Betrag zeitlich verschoben sind und daher auf der Kathodenstrahlröhre praktisch an der gleichen Stelle wieder auftreten. Ändert sich jedoch die Breite des zu untersuchenden Gutes 3, dann ergibt sich eine zeitliche Verschiebung zwischen den beiden Meßimpulsen. Die Zuordnung dieser zeitlichen Verschiebung zu einer Verbreiterung oder Verschmälerung ist jeweils abhängig von der Anordnung und kann vor Inbetriebnahme justiert werden. Die Fig. 3 zeigt die verschiedenen auftretenden Impulsformen bei der ersten Ausführungsform. Dabei ist in der Zeile α der erste nach unten gerichtete Impuls 24 dem Startimpuls des einen Synchronmotores, beispielsweise 15, zugeordnet, während der nach oben gerichtete Impuls 25 dem Meßimpuls des Multipliers 10 entspricht. In Zeile b ist mit 26 der dem anderen Synchronmotor 16 zugeordnete Startimpuls bezeichnet, während der nach unten gerichtete Impuls 27 dem Meßimpuls des Multipliers Il entspricht. In Zeile c ist nun gezeigt, wie die Ablenkung auf der Kathodenstrahlröhre erfolgt, wenn das Gut 3 die Sollbreite hat. Die beiden Impulse 25 und 27 treten dann an der gleichen Stelle auf. Dabei wird die Zeilenablenkschaltung 18 jeweils einmal von der einen An-Ordnung 16, 11 und dann von der anderen Anordnung 15, 10 ausgelöst. Bei einer Parallelverschiebung des Gutes wurden sich die beiden Impulse bei gleichbleibender Deckung um einen bestimmten, der Parallelverschiebung entsprechenden Betrag 28 verschieben. In die gezeichnete Zeitachse können noch äquidistante Bezugsmarken 29 durch Hell- oder Dunkeltastung eingeblendet sein. Bei einer Verschmälerung oder Verbreiterung ergibt sich die in Zeile d und e gezeigte verschiedene zeitliche Zuordnung der beiden Impulse 25 und 27. Der Abstand zwischen den Impulsen 25 und 27 dient dann als Maß für die Verbreiterung oder Verschmälerung des Gutes 3. Zur Erhöhung der Genauigkeit und zur Vergrößerung der Frequenz der aufeinanderfolgenden Messungen ist es zweckmäßig, die Spiegeleinrichtungen 6 und 7 mit mehreren, vorzugsweise vier Spiegeln aufzubauen. Die Anzahl der Spiegel muß dabei geradzahlig sein, da die beiden Synchronmotore bei Laufbeginn in Phase oder um 180° verschoben starten können. Dadurch ergibt sich einerseits der Vorteil, daß die Synchronmotore 15 und 16 mit einer relativ niederen Drehzahl betrieben werden können, und andererseits wird unter Umständen der Kosinusfehler, der durch die Abbildung des Spiegelbildes, die eigentlich auf einem Kreisbogen verläuft, auf die Ebene der Blende 12 bzw. 13 entsteht, wesentlich verkleinert. Er kann durch geeignete Wahl der Entfernungen des Spiegelrades von der Kante bzw. des Fotomultipliers am Spiegelrad u. dgl. noch entsprechend verringert werden. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele oder die beschriebenen und dargestellten Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beschränkt, sondern läßt sich auch mit in den mechanischen und/oder elektronischen Einzelheiten fachmännisch abgewandelten Einrichtungen u. dgl. durchführen. Patentansprüche:

1. Verfahren zur berührungslosen Breitenmessung·, insbesondere von bandförmigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß beide Meßkanten des Objektes über je eine zugehörige Optik auf je einen mit einer Schlitzblende oder Lochblende versehenen Fotomultiplier zur Abbildung gebracht werden und daß im optischen Strahlengang rotierende oder schwingende Spiegel vorgesehen sind, deren Antrieb so ausgebildet ist, daß sich die Abbildungen der beiden Meßkanten mit völlig gleicher Geschwindigkeit über die (Schlitz-) Blenden bewegen und daß die Breitenmessung auf eine an sich bekannte Phasenvergleichsmessung der von den beiden Fotomultipliern gelieferten elektrischen Impulse zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bewegungen beider Abbildungen durch mit gleicher Geschwindigkeit rotierende Spiegel bewirkt werden, die durch aus dem gleichen Netz gespeiste Synchronmotore angetrieben sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Synchronmotoren, vorzugsweise an deren Motorachsen, Mittel (z. B. Magnetpole) angebracht sind, die in Verbindung mit einer feststehenden, justierbaren Einrichtung (z. B. Spulen) zu einem definierten Zeitpunkt je einen Startimpuls erzeugen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Startimpulse eine triggerbare Zeitablenkschaltung einer Kathodenstrahlröhre anstoßen und daß die von den zugehörigen Multipliern gelieferten Meßimpulse als Auslenkungen auf dieser Zeitachse erscheinen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Multipliern zugeordneten Meßimpulsen entgegengesetzte Polarität besitzen und daß die Triggerung der Zeitablenkschaltung der Kathodenstrahlröhre durch die eine Meßanordnung in der Meßpause der anderen Anordnung fällt, derart, daß auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre beide Meßimpulse in aufeinanderfolgenden Ablenkperioden geschrieben werden, aber durch die Meßfrequenz bedingt, gleichzeitig sichtbar sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zeitachse dunkel- oder hellgetastete Maßstabimpulse eingeblendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Startimpulse je einen Univibrator zum Umkippen bringen, während die Meßimpulse die Univibratoren, wieder zurückkippen lassen, und daß die derart erzeugten Rechteckspannungen einer an sich bekannten Brückenschaltung zugeführt werden und aus der unterschiedlichen Breite der Rechtecke eine Anzeigespannung abgeleitet wird, welche Anzeigeinstrumente, Schreiber, Steuer- oder Regelglieder beeinflußt.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet,

daß durch geeignete Beleuchtungseinrichtungen die Meßkanten des zu messenden bandförmigen Materials auf rotierende oder schwingende Spiegel abgebildet werden, daß Optiken zur Abbildung der Spiegelbilder auf der wirksamen Öffnung von S Fotomultipliern vorgesehen sind, welchen vorzugsweise justierbare Schlitz- oder Lochblenden vorgeschaltet sind, daß eine Phasenvergleichsschaltung zum zeitlichen Vergleich der von den beiden Fotomultipliern gelieferten Meßsignale vorgesehen ist und an diese, eventuell unter Zwischenschaltung der Verstärkerstufe, eine Anzeigevorrichtung, Steuer- oder Regeleinrichtung od. dgl. angeschlossen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der rotierenden Spiegel mit der gleichen Geschwindigkeit zwei

von derselben Spannung gespeiste Synchronmotore vorgesehen sind, daß an den Synchronmotoren Mittel zur Ableitung von Start-Impulsen angebracht sind und daß weiters Einrichtungen vorgesehen sind, die eine Darstellung der zeitlichen Folge von Start- und Meßimpulsen und deren relativen Abstand auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre gestatten, bzw. Mittel vorgesehen sind zur Umformung der Start- und Meßimpulse in Rechtecke und zur Anzeige und/oder Auswertung der Unterschiede der zeitlichen Länge dieser Rechtecke.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Spiegel in Form von Spiegelrädern mit geradzahlig mindestens je vier entsprechend gegeneinander versetzten Spiegel ausgeführt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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