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Verfahren zur Berührungslosen Breitenmessung bewegter bandförmiger
Meßgüter.
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-Zus.z.Pat. ........ #Akt.Z: L 38 646 IX/42b-Es ist bereits ein Meßverfahren
zur berührungslosen Breitenaessung bewegter bandförmiger Meßgüter vorgeschlagen
worden, das derart ausgebildet ist, daß mittels einer photoelektrischen Abtastvorrichtung
eine vorzugsweise gleichartige optische Abbildung der relativen Lagen der selbstleuchtenden
oder angestrahlten Kanten auf photoelektrischen Kantenerfassern erfolgt, wobei Jeder
Kantenerfasser in einem angeschlossenen elektrischen Systems durch periodisch erfolgende
Unterbrechung oder Abtastung der Abbildung eine Impulsfolge mit konstantem Abstand
der Impulse hervorruft1 deren zeitlicher Vergleich mit einer zweiten Impulsfolge
mit gleichem Abstand der Impulse ein Maß für die Lage der Kanten des Meßgutes ist
(Pat. ........... = Akt.Z: L 29 476 VIIId/21h).
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Das Zusatzpatent .............(Akt.Z: L 38 646 IX/42b) dazu bezieht
sich darauf, daß die Impulsfolgen nach einer Regelung der Impulse auf gleiche oder
nahezu gleiche Amplituden bistabile Kippstufen steuern, an deren Ausgängen mit gleichen
und konstanten Amplituden gebildete Rechteckimpulse entstehen, die derart slteinander
verglichen werdsesdaß in Abhängigkeit vom Erfassungsbereich der Abtastvorrichtung
ein vom "Schwärmen" des Meßgutes unabhängiges Mass für die Meßgutbreite erhalten
wird.
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In einem Ausführungsbeispael des Verfahrens nach diesem Zusatze patent
(Anspruch 7 des Patentes) wird die Abtastvorrichtung in Abhängigkeit vom Impulsfolgenvergleich
beidseitig derart selbsttätig verstellte daß. wenigstens ein Kantenerfasser der
Abtastvorrichtung dem Lot über einer Kante folgtc Mit steigenden Anforderungen an
die Genauigkeit der Breitenmessung bewegter bandförmiger Meßgüter steigen die Anforderungen
an die Meßverfahren.
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Höchste Anforderungen an die Genauigkeit der 13reitenmessung; unabhängig
vom seitlichen Schwärmen des Meßgutes, können insbesondere mit digitalen Regelungsmethoden
erreicht werden. Dac bei ergeben sich aber Meßschwierigkeiten auf Grund einer fehlerhaften
Einmischung dynamischer Regelabweichungen in das Meßergebnis. Insbesondere darf
eine Nachführungsregelung der Abtastvorrichtung nach den Lot über wenigstens einer
Meßgutkante gemäß dem seitlichen "Schwärmen" des bewegten bandförmigen Meßgutes
die Anzeige der Bandbreitenmessung nicht beeinflussen.
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Dem vorzuschlagenden Meßverfahren liegt die Aufgabenstellung zugrunde,
die genannten Schwierigkeiten der digitalen Nachführungsregelung zu meiden Die Erfindung
betrifft eine @eiterentwicklung des Meßverf ahrens nach dem Pat............ (Akt.Z:
L 38 646 IX/42b). Gemäß der Zusatzerfindung wird die durch die Kantenerfasser der
Abtast-Vorrichtung analog gebildete Breitenabweichung des bewegten bandförmigen
Meßgutes der analog gebildeten gynamischen Regelabweichung einer beispielsweise
digitalen Nachführungsregelung der Kantenerfasser gemäß dem seitlichen "Schwärmen"
des Meßgutes zur vollständigen Korrektur aufgeschaltet.
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Der digitalen Nachfühmrnecsregelung der Kantenerfasser liegt ein
an sich bekanntes induktiv oder kapazitiv arbeitendes Positionierverfahren zugrunde,
dessen Meßwertgeber aus einer Meßspindel und einem auf der Meßspindel angeordneten
Meßläufer besteht, Der vorgegebene Sollwert der Regelung ist beispielsweise durch
die räumliche Stellung der Meßspindel zum Meßläuf er vorgegeben,während die Winkelstellung
der mit dem Kantenerfasser mechanisch verbundenen Meßspindel zum Meßläufer ein Kennzeichen
für die Lage der Kantenerfasser ist.
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Durch Verschieben des Meßläufers auf der Meßspindel ändern sich die
gegenseitigen räumlichen Verhältnisse zwischen Meßläufer und Meßspindel periodisch,
wobei einer bestimmten axialen Verschiebung eine Periode dieser Änderung zugeordnet
werden kann.
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Durch die Regelung wird die Meßspindel an eine bestimmte, durch die
Winkelstellung des Meßläufers gekennzeichnete Stelle innerhalb des Periodenbereiches
gebracht.
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Bei einer nach dem genannten Positionierverfahren arbeitenden, bereits
vorgeschlagenen, hier bevorzugt angewendeten,induktiv arbeitenden Vorrichtung zur
Ermittlung der relativen räumlichen Lage zwischen Meßläufer und Meßspindel (Patentanmeldung
L 33 897 IX/42d) sind in der mehrphasigen Ausführung im Meßläufer wird Abtastköpfe
enthalten, die in einer Ebene gleichmässig über den Umfang verteilt sind. Die Wicklungen
der eine ander diametral gegenüberliegenden Abtastköpfe sind in Reihe geschaltet.
Die eine dieser aus den induktivitäten zweier
Abtastköpfe bestehenden
Reihenschaltung liegt an der einen Phase der Erregung eines Zweiphasengenerators,
während die andere Reihenschaltung von der zweiten Phase des Zweiphasengenerators
erregt wird, die gegenüber der ersteren um 900 versetzt ist, Dabei besitzt die Wicklung
auf der Meßspindel die gleiche Teilung wie die Wicklung der Abtastköpfe des' Xeßläuters.
Die Spannung an den Brückenzweig der in einer Brückenschaltung angeordneten Induktivitäten
ist ein Mass für die relative Iage zwischen Meßläufer und Meßspindel. Die Ausgangsspannung
dieser induktiven Geber ist beispielsweise eine sinusförmige Wechselspannung konstanter
Auplit'ude1die in Abhängigkeit von der relativen räumlichen Lage zwischen Meßläufer
und Meßspindel pnasenverschoben ist, wobei einer axialen Verschiebung des Meßläufers
gegenüber der Meßspindel von beispielsweise einer Teilung der Wicklung mit der Längeneinheit
#@ eine Wechselspannungsperi #@ 2 # zugeordnet ist. Durch Zählen der inagesent verschobenen
Perioden kann die Lage der Abtastvorrichtung zu einem festen Bezugspunkt, z.B. zu
dam Ende der Meßspi8ndel als digitaler Wert mit einer Genauigkeit von # einer Teilung
dargestellt werden. Die Teilung der Wickloung der Meßspindel und des Meßläufers
läßt sich Jedoch nicht beliebig verkleinern, so daß solche Abtastvorrichtungen als
Analog-Digitalwandler nur für eine relativ grobe digitale Weg- oder Lageerfassung
eines Objektes geeignet sind.
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Die Längeneinheit #s der Wicklungsteilung der hier bevorsaugt angewendeten,
induktiv arbeitenden Geber wird beispiels weise durch eine bereits vorgeschlagene
Anordnung zur digita len Unterteilung der stetig veranderlichen Phasenlage einer
dem analogen Spannungswert einer Längeneinheit entsprechenden Ausgangsspannung induktiv
oder kapazitiv arbeitender Vorrichtungen (Patentanmeldung L 39 881 VIIIb/21c) beliebig
genau digital erfasst, um die eindeutig lageabhängigen Meßwerte mit einer vielfachen
Genauigkeit von + einer Teilung einer Lagemessung der Abtastvorrichtung zugrunde
legen zu können.
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Die Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung wird an Hand einer prinzipiellen
Zeichnung als Blockschaltbild in einer beispielaweisen Ausführung näher beschrieben
und erläutert.
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Die Zeichnung zeigt ein bandföraiges Meßgut 12,deuen Breite durch
die beiden Kantenerfasser 11a und 11b abgetastet wird. Über die rotierenden Polygonspiegel
25a und 25b der beispielsweise gleichartigen Kantenerfasser 11a und 11b wird über
die Optiken 26a und 26b ein Bild der Meßkanten auf die entsprechenden photoelektrischen
Empfänger 27a und 27b geworfen, wobei die photoelektrischen Impulse mit den entsprechenden,
beispielsweise magnetischen Impulsen der Elektromagneten 27a und 27b verglichen
werden. Diese Kantenerfasser @@xd@@ 11a und 11b werden auf den Sollwert der Bandbreite
vorzugsweise symmetrisch zur Bandmitte eingestellt. Sie sind in der Lage, einen
bestimmten Bereich der Bandreitenabweichung vom eingestellten Sollwert in einen
analogen gleichstrom umzuformen. Durch die Gegeneinanderschaltung dies er analogen
Ausgangsgrößen
der Kantenerfasser 11a und 11b wird als resultierende Ausgangsgröße die Bandbreitenabweichung
vom eingestellten Sollwert der Bandbreite erhalten, wobei die Anzeige im Bereich
der Linearität Q dieser Kantenerfasser unabhängig vom "Schwärmen" des laufenden
Meßgutes 12 ist.
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Um eine genaue Breitenmessung eines bewegten bandförmigen Meßgutes
gemäß der Aufgabenstellung unabhängig vom seitlichen Schwarten des Meßgutes zu erhalten,werden
die folgenden Meßschritte vorgenommen: a) Voreinstellung der Kantenerfasser 11a
und 11b unabhängig voneinander durch getrennte Verstellung auf die Sollbreite bezw.
Sollänge des bandförmigen Meßgutes 12.
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Die Voreinstellung VE wird, einem Digital-Analogwandler 1 durch Entasten
mitgeteilt0 Die Ausgänge des Analogwandlers 1 speisen eine automatische Lageregelung
beispielsweise mittels Stellmotoren und Anzeige der stellung über Drehfeldsysteme
in der beispielsweisen Ausführung eines Grob/Fein-Synchrosyste ms @2 zur Grob/Fein-Regelung.
Die Ausgangsspannungen der Grob-und Feinsynchros 3a und 4a bezw, 3b und 4b werden
über eine Anordnung zur Grob/Fein-Umschaltung 5a bezwe 5b, sowie einen Wechselkontakt
6a bezw. 6b des Umschaltrelais 14 auf Verstarker 7a bezw. 7b übertragen und über
ein elektrohydraulisches Ventil 8a bezwO 8b auf den hydraulischen Stellmotor 9a
bezw. 9b zur Einwirkung gebracht, der seinerseits den Kantenerfasser iia bezwO lib
über ein Getriebe 10a bezw. 10b in die Sollage schiebt und diesen nach Erreichen
der Sollage dort stehen läßt. Das Getriebe 10a bezns10b wirkt
-entsprechend
der Verstellung des hydraulischen Stellmotors 9a bezw. 9b direkt auf den Feinsynchr
4a bezw. 4b und über ein Übersetzungsgetriebe 12a bezw. 12b auf den Grobsynchro
3a bezw.
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3b. b) Nachregelung der Kantenerfasser 11a und lib nach den Kanten
des bandförmigen Meßgutes 12 beim seitlichen Schwärmen des Meßgutes 12 über den
linearen Erfassungsbersich @ der Kantenerfasser hinaus.
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Durch beispielsweise ein Photozelle als Kontaktfühler 13 oder einen
andersartigen photoelektrischen, mechanischen, induktiven, kapazitiven, pneumatischen,
hydraulischen oder radicaktiven Kontak @@hler wird bei erscheinen des laufenden
Seßgutes 12 das R@@@is 14 erregt, das nunmehr durch die Wechselkontakte 6a bezw.
6b den Eingang des Verstärkers 7a bezw. 7b auf don Analogausgang der sun Kantenerfasser
11a bett, lib gehörenden Elektronik 13a bezw. 13b schaltet. Auf diese Weise werden
die zugehörigen Nachführregelkreise für die beiden Kantenerfasser 11a und lib geschlossen
und den Bandkanten unabhängig voneinander derart nachgeführt, daß die Bandkanten
unabhangig vom Schwärmen des laufenden Meßgutes 12 stets im Bereich der Linearität
der Kantenerfasser lia und 11b liegen.
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Zur Ermittlung der :3tellungsändernng des Bandes gegenüber der eingestellten
Sollage wird beispielsweise die Meßspindel 15a bezw. 15b eines vorzugsweise induktiv
arbeitenden Gebers 14a bezw. 14b mit den Kantenerfasser 11a bezw. lib verbunden,
während der Mexßläufer 16. bezw. 16b durch einen Zweiphasengenerator
17a
bezw. 17b erregt wird. Die Ausgangsspannung des Gebers 14a bezw. 14b ist ein Spannungsvektor
konstanter Amplitude.
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Die relative Stellung der Meßspindel 15a bezw.15b zum Meßläufer 16a
bezw. 16b abhängiger Phase wird einem Analog-Digitalwandler 18a bezw. 18b zugeführt1der
die Stellungsänderung in inkrementale Impulsreihen VI (Vorwärts) oder ZI (zurück)
bezw. VII (Vorwärts) oder ZII (Zurück) umformt. Diese inkrementalen Impulsreihen
werden den bereits vorgeschlagenen Impulssortierschaltungen 19, 20, 21 (Patentanmeldung
X 39 881 VIIIb/21c), sowie einem vor und rückwärts zählenden Differenszähler 22
mit analogem Ausgang zugeführt, der der Anzeige 24 der Breitenabweichung in der
Summierungsstelle b aufgeschaltet wird.
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Zur vollstandigen Korrektur der dynamischen Regelabweichungen der
beispielsweise digitalen Nachführungsregelungen werden weiterhin von den Ausgängen
der Elektroniken 13a und 13b der Kantenerfasser 11a und 11b die Analogwerte der
Bandbreitenabweichung entnommen, in einer Summierungsstelle a zusammengefasst und
resultierend der Anzeige 24 der Breitenabweichung in der Susmierungsstelle b aufgeschaltet.
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Die durch die Bandtemperatur bedingte Schrumpfung wird in Abhangigkeit
von der Temperaturabweichung A T des Blechbandes von seinem Sollwert, sowie in Abhängigkeit
Yom Temperaturgrundwert 20 (der die linearisierte, temperaturabhngige Schrumpfung
bei der Grundtemperatur T0 berücksichtigt) über die Summierungsstelle c einem Spannungsteiler
23 zugeführt, dessen linear gestuftes Potentiometer einen Schleifer besitzt, welcher
von
der eingestellten Bandbreite bezw. Sollbandbreite αsoll verstellt wird. Der
auf diese Weise gebildete Temperaturkorrekturwert KT wird ebenfalls über die Summierungsstelle
b der Anzeige 24 der Bandbreitenabweichung aufgeschaltet.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann an die Stelle
der beiden beispielsweise induktiven Geber 14a und 14b auch ein einziger Geber,
beispielsweise Geber 14a treten, bei welchem beispielsweise die Meßspindel 15a mit
dem Kantenertasser 11a verbunden ist und'der Meßläufer 16a mit dem anderen Kantenerfasser
lib gekuppelt ist. An Ausgang dieses Gebers 14a erscheint denn ebenfalls die Stellungsänderung
gegenüber der eingestellten Sollage des Bandes durch einen rotierenden Drehvektor
konstanter Spannungsamplitude. Die beiden Analog/Digital-Umsetzer 18a und 18b fallen
dann zu einem einzigen Analog/ Digital-Umsetzer gleicher Ausführung zusammen, und
die Impulssortierungen 19 und 20 können ganz entfallen. Auf diese Weise vereinfacht
sich der Aufwand an Gebern und Analog/Digital-Umsetzer, sowie Impulssortierungen
beträchtlich, ohne daß die Wirkungsweise der Gesamtanordnung sich ändert,