DE1548292B2 - Meßvorrichtung zur berührungslosen Breitenmessung eines durchlaufenden Bandes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur somit der zur Erzeugung der Zählimpulse verwenberührungslosen Breitenmessung eines durchlaufen- dete Oszillator außerordentlich stabil ist. Um diese den, selbstleuchtenden oder beleuchteten Bandes, erforderliche Stabilität zu gewährleisten, müssen Streifens od. dgl., bei der die bei der Querabtastung komplizierte und kostspielige zusätzliche Hilfsschaldes Meßobjekts durch ein periodisch rotierendes 5 tungen vorgesehen werden, welche eine genaue Synoder schwingendes, optisches Abtastelement auf- chronisierung des Oszillators mit der Abtastung genommene Strahlung einem lichtelektrischen Um- gewährleisten.

Wandler zugeleitet und hier eine entsprechende, elek- Es hat sich jedoch ergeben, daß, soweit nicht eine

irische Impulswelle erzeugt wird, wobei der zeitliche Lichtquelle verwendet wird, die ein senkrecht zur

Abstand der beiden Seitenflanken der Impulswelle io Bandebene stehendes Bündel paralleler Strahlen aus-

der Objektbreite entspricht und nach elektronischer sendet, was einen sehr hohen Aufwand erfordert,

Umformung die vordere Flanke der Impulswelle zur aufeinanderfolgende Abtastungen ein und derselben

Einschaltung sowie die hintere Flanke zur Abschal- Abmessung häufig nicht zu gleichen Ergebnissen füh-

tung einer elektronischen Zähleinrichtung heran- ren, und zwar infolge von Parallaxeerscheinungen,

gezogen wird, der außerdem während der Meß- 15 die bei einer Bewegung des Meßobjekts in der Ab-

objektabtastung eine Anzahl von Zählimpulsen als tastrichtung hervorgerufen werden. Das Problem

Maß für die Objektbreite zugeleitet werden. wird verständlich, wenn man sich klarmacht, daß die

Es gibt viele Anwendungsfälle, bei denen die Mes- in einer gegebenen Zeitperiode von einer mit einer sung mit körperlicher Berührung des Objekts nicht festen Winkelgeschwindigkeit rotierenden Abtastmöglich ist, bei denen jedoch eine kontinuierliche 20 vorrichtung überstrichene lineare Länge mit zuÜberwachung der Abmessungen des Meßobjekts er- nehmender Entfernung von der Abtastachse zunimmt, wünscht ist, um verbesserte Produkte oder Ausbeu- Falls die Lage des Meßobjekts sich in der Abtastten zu erzielen. Beispiele derartiger Anwendungs- richtung verändert, d. h. seitliches Verschieben des fälle sind die kontinuierliche Strangpreßerzeugung Meßobjekts, so wird die durch eine derartige Vervon heißem Glasrohr und das Warmwalzen von 25 Schiebung verursachte Parallaxe zu einem Fehler, Stahlstreifen, Glas oder sonstigen Werkstoffen. welcher die Messung unzuverlässig macht.

Ein bekanntes Verfahren zur Lösung dieses Pro- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufblems besteht in der Verwendung einer entfernt an- gäbe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs geordneten rotierenden Abtastvorrichtung, die nach genannten Art zu schaffen, bei der Meßfehler infolge Maßgabe von Diskontinuitäten, die zwischen dem 30 von Parallaxeerscheinungen, die durch eine momen-Meßobjekt und seiner Umgebung bestehen, Signale tan auftretende seitliche Bewegung des Meßobjekts erzeugen, die eine Anzeige für die Ränder der zu in der Abtastrichtung, d. h. quer zur Vorschubbestimmenden Abmessung darstellen. Es wird dann richtung des Meßobjekts, hervorgerufen werden^ angenommen, daß die Größe dieser Abmessung pro- vermieden werden.

portional der zwischen den festgestellten Strahlungs- 35 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gediskontinuitäten verstrichenen Abtastdauer ist. Die löst, daß das optische Abtastelement als doppel-Abtastung erfolgt hierbei z. B. mit Hilfe eines licht- seitiger Reflektor ausgebildet ist, dessen eine Reundurchlässigen und mit einer Schlitzblende ver- flektorseite jeweils die während der Objektabtastung sehenen Bandes, das mit konstanter Geschwindigkeit auffallende Strahlung auf den lichtelektrischen Umzwischen dem Meßobjekt und einem lichtelektrischen 40 wandler zur Erzeugung der elektrischen Impulswelle Element bewegt wird. reflektiert, während gleichzeitig die andere Refiektor-

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung erfolgt seite ein beleuchtetes, feststehendes Gitter od. dgl. die Abtastung mit Hilfe eines Drehspiegels, der das abtastet und die dabei entstehenden Lichtimpulse von dem zu messende Objekt ausgehende Licht auf nach Umwandlung in elektrische Zählimpulse in eine Photozelle od. dgl. lenkt. Bei einer weiteren be- 45 einem zweiten lichtelektrischen Umwandler der Zählkannten Vorrichtung erfolgt die Abtastung mit Hilfe einrichtung zugeleitet werden,
einer hinter dem zu messenden Band angeordneten Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird rotierenden lichtempfindlichen Zelle. Bei dieser be- der Vorteil erzielt, daß die Meßvorrichtung hinsichtkannten Vorrichtung wird bei jedem Abtastvorgang Hch des bei seitlicher Verschiebung des Meßobjekts ein elektrischer Impuls erzeugt, wobei der seitliche 50 auftretenden Parallaxefehlers selbstkorrigierend ist, Abstand der beiden Seitenflanken jedes Impulses der d. h., daß hierbei auftretende Meßfehler selbsttätig Objektbreite proportional ist und nach elektronischer kompensiert werden, so daß eine feste Proportio-Umformung die vordere Impulsflanke zur Einschal- nalität zwischen der Abtastdauer am Meßobjekt und tung sowie die hintere zur Abschaltung einer elektro- der Anzahl der während der Abtastperiode erzeugten nischen Zähleinrichtung herangezogen wird. _ Wäh- 55 Zählimpulse besteht. Dadurch entfallen die Verwenrend des Abtastvorganges werden der Zähleinrich- dung eines Oszillators zur Zählimpulserzeugung und tung gleichzeitig laufend Zählimpulse als Maß für die damit zusammenhängenden Probleme. Außerdem die Objektbreite zugeleitet. ist auch eine große Genauigkeit der Messung da-

In derartigen Vorrichtungen wird üblicherweise ein durch gegeben, daß durch Anpassung der Anzahl

Oszillator zur Zählimpulserzeugung verwendet, um 60 der Gitterlinien und deren Abstände der verwende-

eine Anzeige des Betrags der zu bestimmenden Ab- ten Gitter an den jeweiligen Anwendungsfall ein

messung zu liefern, wobei man sich darauf verläßt, großes Auflösevermögen erzielbar ist.

daß eine feste Proportionalität zwischen der Abtast- Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung

dauer und der Anzahl der während einer gegebenen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von

Meßperiode erzeugten Zählimpulse besteht. 65 Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in

Für eine verläßliche Messung ist es dabei wesent- dieser zeigt

lieh, daß die Zahl der in einer gegebenen Abtast- F i g. 1 eine schematische Darstellung einer bevor-

periode erzeugten Zählimpulse unveränderlich und zugten Ausführungsform der Erfindung,

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F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungs- elektrischen Impulse werden nach geeigneter, an sich beispiels einer elektrischen Schaltung für die Zwecke bekannter elektronischer Verarbeitung und Verforder Erfindung, mung (Vorrichtung 71) in der Zählvorrichtung 46 F i g. 3 ein graphisches Schema der in F i g. 1 ge- während des Meßintervalls 50 summiert und liefern zeigten Anordnung zur Erläuterung der geometri- 5 eine genaue Anzeige der abgetasteten linearen Entschen Beziehung zwischen der der Impulserzeugung fernung zwischen den Kanten des laufenden Bandes, und der Abtastung dienenden Vorrichtung, Um die Erzeugung sauberer elektrischer Impulse F i g. 4 in perspektivischer Darstellung eine Meß- zu gewährleisten, kann die Blende 68 beispielsweise anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, mit einem horizontalen Schlitz 70 versehen werden, ¹ F i g. 5 in vergrößerter, teilweise geschnittener io dessen Breite so klein gewählt wird, als mit dem Er-Seitenansich die Anlage gemäß F i g. 4. fordernis einer ausreichenden Signalstärke verträgin Fig. 1 ist ein Reflektorkopf 32 vorgesehen, der lieh ist. Ist die Schlitzbreite gleich oder kleiner als vorzugsweise aus zwei 45°-Prismen 37 und 39 be- die Breite einer Linie bzw. eines Balkens des Gitters steht, die mit ihren Hypotenusenflächen aneinander- 60 nach der Abbildung durch die Linse 64, so erhält liegen. Zur Erzielung einer geeigneten Abtast- 15 die Ausgangsgröße 72 des Fotomultipliers 66 die geschwindigkeit wird der Kopf 32 beispielsweise in Form eines Impulszuges diskreter gleichförmiger Imder durch den gekurvten Pfeil angegebenen Rieh- pulse. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse wird ein tung in Rotation gesetzt. Die von dem zu beobach- Fotomultiplier 66 verwendet, dessen spektrale Emptenden Gegenstand ausgehende Strahlung (beispiels- findlichkeit der Emissions-Charakteristik der Lichtweise ein rotglühendes Stahlband) fällt auf die ab- 20 quelle 60 entspricht. Um eine vergleichbare Empfindwärts gerichtete Prismenfiäche 42 des Prismas 37 und lichkeit des auf den Rand des zu messenden Gegenwird während der gesamten Querabtastung durch die Standes ansprechenden Fotomultipliers 38 zu erhalaus reflektierendem Material bestehende Hypote- ten, weist eine Blende 36 einen horizontalen Schlitz nusenfläche 42 auf den Fotomultiplier 38 reflektiert 75 auf, dessen Breite nicht größer ist als die er- und führt zur Erzeugung der Ausgangswelle 43 25 wartete maximale Breite des durch eine Linse 34 (F i g. 2). Die schrägen Seitenflanken 44 und 45 der abgebildeten laufenden Materialbandes. Zur Mes-Welle entsprechen Strahlungsdiskontinuitäten und sung eines Objekts, wie beispielsweise eines glühenergeben sich, wenn der Abtaststrahl von dem dunk- den Stahlbandes, wird ein Lichtmeßfühler 38 verwenlen Hintergrund auf das leuchtende Band trifft oder det, dessen spektrale Empfindlichkeit im Infrarotumgekehrt; somit entsprechen diese Seitenflanken 30 bereich liegt.

den Enden der abgetasteten Abmessung. Die Welle Wie eingangs dargelegt, führt eine Verschiebung 43 wird elektronisch mit Hilfe an sich bekannter des laufenden Materialbandes in Richtung quer zur Vorrichtungen verarbeitet, beispielsweise mit Hilfe Vorschubrichtung zu einer Parallaxe bei der Abeines Differenziergliedes 47, dem die Welle 43 zu- bildung des Materials durch die Linse 34. Durch die geführt wird und deren Ausgangsgröße 48 einer 35 beschriebene Anordnung gemäß der Erfindung wer-Triggerschaltung 49 zugeführt wird, deren Aus- den jegliche Fehler, wie sie infolge einer solchen gangsgröße 50 ihrerseits schließlich den Impuls- Parallaxe auftreten, automatisch kompensiert, und zähler 46 betätigt. Die Ausgangsgröße 48 des Dif- zwar dadurch, daß im wesentlichen die gleiche ferenziergliedes 47 bildet — wie dargestellt — unge- Fläche, nämlich die Flächen 42 und 56, sowohl zur fähr die erste Ableitung der Eingangswelle 43 und 4° Breitenmessung als auch zur Vergleichs-bzw. Bezugsweist eine ; Amplitude auf, die der Änderungs- messung verwendet werden. An Stelle eines Prismengeschwindigkeit der Eingangswelle entspricht. Eine kopfes 32 kann auch ein an seinen beiden gegenübersolche Differenzierung der Welle 43 ergibt eine liegenden Oberflächen reflektierender Planspiegel Wellenform 48, welche aus einer negativen Impuls- verwendet werden. Das wesentliche Kriterium für spitze 53 und einer positiven Impulsspitze 54 ent- 45 die Arbeitsweise gemäß der Erfindung besteht darin, sprechend den Flanken 44 und 45 besteht. Diese daß die Erzeugung der Meßimpulse und deren Aus-Impulsspitzen werden dem Triggerverstärker 49 zu- Wertung durch Vergleich mit einem Bezugsstandort geführt, welcher eine Ausgangsgröße 50 von im durch Bewegungen erzeugt werden, zwischen denen wesentlichen Rechteckwellenform erzeugt, die die eine feste Proportionalität besteht. Zeitdauer zwischen den Strahlungsdiskontinuitäten 50 Die eingehende Erläuterung dieses Kriteriums erwiedergibt. Die Vorderkante 51 der Rechteckwelle 50 folgt an Hand der Fig. 3. Wie in dieser Figur dient zur Einschaltung der Zählvorrichtung 46, die graphisch dargestellt, besitzt die Anzahl der während hintere Kante 52 der Rechteckwelle dient entspre- eines gegebenen Abtastintervalls erzeugten Impulse chend zur Abschaltung der Zählvorrichtung. Wäh- eine feste Proportionalität zur Länge der Abtastspur, rend des durch die Breite der Rechteckwellenform 50 55 Vergleicht man beispielsweise die Differenz der definierten Meßintervalls wird die andere reflektie- linearen Länge der Abtastspur zwischen den Stelrende Hypotenusenfläche 56 der beiden den zu- lungen 1 und 2 und zwischen den Stellungen 2 und 3, sammengesetzten Abtastkopf bildenden Prismen zur so erkennt man, daß die entsprechende Anzahl von Abtastung eines Gitters 60 veranlaßt, das von einer Gitterstellen, die durch die Markierungen 77 ange-Lichtquelle 62 beleuchtet wird. In dem gezeigten 60 deutet sind, in direktem Verhältnis zu der von der Ausführungsbeispiel weist das Gitter etwa 100 Linien Oberfläche 42 während der Abtastung überstrichenen pro Zentimeter auf. Bei Abtastung des Gitters 60 linearen Länge, wie sie durch die Markierungen 79 durch die rotierende, reflektierende Oberfläche 56 angedeutet ist, steht. Dies ergibt sich unmittelbar wird ein Impulszug diskreter Lichtimpulse 72 er- durch Vergleich der ähnlichen Dreiecke 1, 0, 2 und zeugt. Diese Impulse werden durch die Linse 64 auf 65 1', 0, 2' sowie der ähnlichen Dreiecke 2, 0, 3 und die Kathode des Fotomultipliers 66 durch eine hori- 2', 0, 3'. Dieser Vergleich zeigt, daß die Abtastzontal geschlitzte Blende 68 fokussi rt, um diese Im- bewegungen zur Impulserzeugung und die Abtastpulse in elektrische Signale umzuwandeln. Diese bewegung zum Vergleich mit einem Bezugswert in

einem festen, durch den Wert S₁AS₂ definierten Verhältnis zueinander stehen. Auf diese Weise wird jeder Fehler, wie er durch eine Verschiebung des laufenden Materials in der Abtastrichtung hervorgerufen wird, automatisch kompensiert. Wenn beispielsweise bei der Abtastung zwischen den Stellungen 1 und 2 fünf Markierungen 79 abgetastet werden, so tastet gleichzeitig die Rückseite des Abtastkopfes fünf Markierungen 77 ab. Falls infolge einer Quer^ verschiebung des laufenden Materials die während des gleichen Zeitintervalls abgetastete lineare Entfernung acht Markierungen beträgt, wie beispielsweise die zwischen den Stellungen 1 und 3 abgetastete Entnung, so tastet die Rückseite des Abtastkopfes eine entsprechend größere Anzahl von Markierungen ab.

Eine weitere Verbesserung der Erfindung ist am besten aus F i g. 4 und 5 ersichtlich. Sie betrifft die Vermeidung von Fehlern infolge von Vertikalbewegungen des laufenden Materials, das hier aus einem Blech 12 besteht, das eine Vorschubbewegung in Richtung des horizontalen Pfeils 14 aufweist. Das Problem der zusätzlichen Vertikalbewegung wird in Fig. 3 untersucht. Jegliche Verschiebung AY in senkrechter Richtung führt zu einer scheinbaren Verlängerung Δ X des zu messenden Materials. Diese scheinbare Verlängerung bzw. dieser Fehler kann dadurch vermieden werden, daß man die Anordnung so trifft, daß der Abtaststrahl am Ende seiner Querbewegung im wesentlichen senkrecht zum Rand des Meßobjekts steht. Zu diesem Zweck sind, wie in Fig. 4 bzw. 5 dargestellt, Ausleger 22, 24 vorgesehen, die Prismen 26 bzw. 28 aufweisen, die den Abtaststrahl in zwei getrennte Strahlen aufspalten. Die getrennten Strahlen werden durch ein Mittelprisma 30 wieder vereint und auf den Kopf 32 geleitet. Der so vereinte Strahl wird dann in der gleichen Weise behandelt, wie das an Hand der F i g. 1 und 3 beschrieben wurde.

Wie in F i g. 5 dargestellt, können, die beiden Prismen des Kopfes 32 durch ein Joch 40 zusammengehalten werden und der Kopf mit Hilfe eines Motors 41 in Rotation versetzt werden. Zwischen der zur

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen Beleuchtung des Gitters 60 dienenden Lichtquelle 66 und der rotierenden Prismeneinheit 32 kann ein Lichttrichter 74 vorgesehen werden, um die Beeinträchtigung der Zählimpulse durch Staub od. dgl. zu verhindern.

Claims (2)

Patentansprüche: :

1. Meßvorrichtung zur berührungslosen Breitenmessung eines durchlaufenden, selbstleuchtenden oder beleuchteten Bandes, Streifens od. dgl., bei der die bei der Querabtastung des Meßobjekts durch ein periodisch rotierendes oder schwingendes, optisches Abtastelement aufgenommene Strahlung einem lichtelektrischen Umwandler zugeleitet und hier eine entsprechende, elektrische Impulswelle erzeugt wird, wobei der zeitliche Abstand der beiden Seitenflanken der Impulswelle der Objektbreite entspricht und nach elektronischer Umformung die vordere Flanke der Impulswelle zur Einschaltung sowie die hintere Flanke zur Abschaltung einer elektronischen Zähleinrichtung herangezogen wird, der außer- r dem während der Meßobjektabtastung eine Anzahl von Zählimpulsen als Maß für die Objektbreite zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Abtastelement (32) als doppelseitiger Reflektor (42,56) ausgebildet ist, dessen eine Reflektorseite (z. B. 42) jeweils die während der Objektabtastung auffallende Strahlung auf den lichtelektrischen Umwandler (38) zur Erzeugung der elektrischen Impulswelle reflektiert, während gleichzeitig die andere Reflektorseite (z. B. 56) ein beleuchtetes, feststehendes Gitter (60) od. dgl. abtastet und die dabei entstehenden Lichtimpulse nach Umwandlung in elektrische Zählimpulse (72) in einem zweiten lichtelektrischen Umwandler (66) der Zähleinrichtung (46) zugeleitet werden.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch , gekennzeichnet, daß der doppelseitige Reflektor zwei 45°-Prismen (37, 39) aufweist, die mit ihren Hypotenusenflächen aneinanderliegen.