DE19513861A1

DE19513861A1 - Verfahren zum Messen von Oberflächen-Geschwindigkeit und Oberflächen-Länge von Materialien und Materialbahnen

Info

Publication number: DE19513861A1
Application number: DE1995113861
Authority: DE
Inventors: Peter Hecht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1996-10-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Geschwindigkeit und Länge von Materialien; genauer gesagt: es handelt sich um ein Verfahren zum berührungslosen Messen von Oberflächen-Geschwindigkeit und Oberflächen-Länge von festen und flüssigen Materialien. Ein solches Verfahren findet vorzugsweise Anwendung an Produktionsmaschinen, an denen Materialbahnen aus Metall, Kunststoff, Glas, Papier, Naturfasern und anderen Stoffen hergestellt, bearbeitet oder weiterverarbeitet werden. Die Produktionsgeschwindigkeit an solchen Maschinen ist unterschiedlich: sie kann 0 bis 50 m/s betragen oder noch höhere Werte annehmen. Eine genaue Messung der Materialgeschwindigkeit ist für den Produktionsprozeß sehr wichtig, da meistens mehrere Gruppen und Teile der Maschine zusammen mit einer, in manchen Fällen sogar mehreren Materialbahnen, mit derselben Geschwindigkeit betrieben werden müssen. Die Erfahrung zeigt, daß die Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessung einen großen Einfluß sowohl auf die Produktqualität wie auch auf den Produktionsablauf hat.

Seit einigen Jahren sind Meßeinrichtungen bekannt, die Oberflächen-Geschwindigkeit und Oberflächen-Länge berührungslos messen. Die beispielsweise auf dem Doppler-Prinzip beruhenden Verfahren sind meistens für den rauhen industriellen Einsatz nicht geeignet. Ein anderes, speziell für den Industrieeinsatz entwickeltes Verfahren, hat in der Praxis teilweise noch nicht ausreichende Meßgenauigkeit. Zum Stand der Technik wird hingewiesen auf die Dantec- Druckschrift SensorLine 7510 Surface Velocity Sensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den Merkmalen: eine extrem hohe Meßgenauigkeit und Industrietauglichkeit anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Diese Merkmale besagen mit anderen Worten folgendes: Ein Sender strahlt Energie in Form von elektromagnetischen Wellen mit relativ hoher Strahlungsflußdichte in Richtung des zu messenden Materials ab. Auf der Materialoberfläche wird diese definiert zugeführte Energie unmittelbar oder mittelbar punktuell gespeichert. So entsteht dort eine Markierung: ein von dem Sender erzeugter Bereich, der sich von seiner unmittelbaren Umgebung durch geänderte Eigenschaffen hervorhebt. Nach dem Sender, in Bewegungsrichtung des Materials gesehen, ist ein Empfänger angeordnet, der diese Markierung erkennt. Die Laufzeit der Markierung über die Strecke zwischen Sender und Empfänger wird gemessen. Die Bewegungsgeschwindigkeit ist umgekehrt proportional zu der Laufzeit der Markierung. Die Länge der Materialoberfläche, die sich an dem Empfänger vorbei bewegte, ist ein Integral aus der Bewegungsgeschwindigkeit.

Gemäß der Erfindung wird also auf der Materialoberfläche bewußt eine Markierung erzeugt, die allerdings nur für eine kurze Zeit existent ist. Da die vom Sender emittierte Strahlungsflußdichte an die Materialeigenschaften und Materialgeschwindigkeit angepaßt werden kann, eignet sich dieses Verfahren beispielsweise sogar zur Messung von Materialien mit einer photoempfindlichen Oberfläche, ohne daß eine dauerhafte, unerwünschte Materialveränderung als Folge dieser Markierung feststellbar ist.

Für eine kontinuierliche Geschwindigkeitsmessung ist es von Vorteil, wenn die Länge der Markierung kleiner ist als die Entfernung zwischen dem Sender und Empfänger, d. h. die Einschaltdauer des Senders muß kleiner sein als die Laufzeit der Markierung. Ist das der Fall, so wird der Sender inaktiv bevor die Markierung den Empfänger erreicht hat. Weiterer Vorteil wird erreicht, wenn der Sender immer wieder aktiviert wird, sobald die Markierung von dem Empfänger erfaßt worden ist. Hierzu wird der Sender direkt oder indirekt durch den Empfänger angesteuert, wodurch sich eine der Oberflächen-Geschwindigkeit proportionale Frequenz einstellt. Die Laufzeitmessung kann entfallen und statt dessen wird die Oberflächen- Geschwindigkeit direkt aus der sich ergebenden Frequenz ermittelt.

Bei manchen Anwendungsfällen darf eine dauerhafte, unerwünschte Materialveränderung als Folge der Markierung nicht auftreten. Um dieser Forderung gerecht zu werden, darf die vom Sender ausgestrahlte Leistung nur so groß sein, daß der Empfänger gerade im Stande ist, die Markierung zu erkennen. Aus diesem Grunde kann die Senderleistung an den Pegel des Empfängersignals gekoppelt werden: liegt dieser Pegel deutlich oberhalb der Empfänger- Schaltschwelle, so kann die Senderleistung reduziert werden.

Das Bestreben nach Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Verfahrens kann durch den Einsatz eines zusätzlichen Empfängers umgesetzt werden. Dieser Empfänger (Sekundär-Empfänger) wird, in Bewegungsrichtung des Materials gesehen, vor dem Sender angeordnet. Durch den Signalvergleich beider Empfänger kann eindeutig festgestellt werden, ob es sich um die vom Sender erzeugte Markierung handelt. Aus dem Einsatz des Sekundär-Empfängers ergibt sich vor allem dann ein bedeutender Vorteil, wenn plötzliche Änderungen der Materialeigenschaften vorliegen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung. Die Fig. 2 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der vor dem Sender ein zusätzlicher Empfänger, der Sekundär-Empfänger, angeordnet ist.

In der Fig. 1 erkennt man die Materialbann 3 geführt über Maschinenteile 2 und 2′. Die Materialbahn bewegt sich in Pfeilrichtung mit der Geschwindigkeit v. Über der Materialbahn ist ein Sender 5 und ein Empfänger 6 angeordnet. Der Sender ist durch Leitung 8 und der Empfänger durch Leitung 8′ mit der Steuer- und Auswerteelektronik 9 verbunden. Der Abstand zwischen dem Sender und Empfänger beträgt Δl. Wenn der Sender 5 von der Steuer- und Auswerteelektronik 9 aktiviert wird, erzeugt er auf der Materialbahn 3 die Markierung 7. Diese Markierung bewegt sich mit der Materialbahn und wird nach Ablauf der Zeit Δt (Laufzeit der Markierung) vom Empfänger 6 erfaßt. Aus der Laufzeit Δt über die Entfernung Δl kann nach der bekannten Beziehung 1 die Oberflächen-Geschwindigkeit v errechnet werden. Die Länge der Materialoberfläche, die sich an dem Empfänger vorbei bewegte, ist - gemäß der Beziehung 1′ - ein Integral aus der Bewegungsgeschwindigkeit ν.

In der Fig. 2 erkennt man die Materialbahn 3 mit der Markierung 7, sowie den Sender 5 und den Empfänger 6. Vor dem Sender 5 ist der Sekundär-Empfänger 24 über der Materialbahn angeordnet. Die Materialbahn bewegt sich in Pfeilrichtung mit der Geschwindigkeit v. Beide Empfänger 6 und 24 sind über die Leitungen 38 bzw. 39 mit der Einheit 28 verbunden. In dieser Einheit 28 werden die Empfängersignale verglichen. Überschreitet die Differenz beider Signale einen bestimmten Wert, so wird der Ausgang der Einheit 28 aktiv. Dies ist immer der Fall, wenn die Markierung vom Empfänger 6 erfaßt wird. Die Sender-Steuereinheit 29 ist mit dem Ausgang der Einheit 28 über die Leitung 40 verbunden. Über die Leitung 36 kann eine bestimmte Einstellung der Parameter in der Sender-Steuereinheit 29, wie zum Beispiel Einschaltdauer und Leistung des Senders 5, von der Einrichtung 31 vorgenommen werden. Auch das gänzliche Ein- und Ausschalten des Senders 5 (des Meßvorgangs) kann auf diesem Wege stattfinden. Der Anschluß des Senders 5 an die Sender-Steuereinheit 29 erfolgt über die Leitung 34. Wenn nun die Materialbahn 3 sich mit Geschwindigkeit ν < 0 bewegt und die Elemente 5, 6, 24, 28 und 28 aktiv sind, finden folgende Verfahrensschritte nacheinander statt:

a) der Sender 5 wird von der Sender-Steuereinheit 29 kurzzeitig aktiviert, wodurch auf der Materialbahn 3 die Markierung 7 erzeugt wird;
b) die Markierung bewegt sich in Richtung des Empfängers 6;
c) der Sender 5 wird inaktiv, noch bevor die Markierung 7 den Empfänger 6 erreicht;
d) sobald die Markierung den Empfänger 6 erreicht hat, wird aufgrund des Signalvergleichs 38 und 39 der Ausgang der Einheit 28 und damit auch die Leitung 40 aktiv;
e) mit Aktivierung der Leitung 40 wird erneut der Sender 5 von der Sender- Steuereinheit 29 kurzzeitig aktiviert: die Schritte a) bis d) wiederholen sich.

Die Frequenz, mit der der Ausgang der Einheit 28 durch die Markierung aktiviert wird, ist direkt proportional zu der Oberflächen-Geschwindigkeit ν. Zur Messung dieser Frequenz wird die Einheit 30 benutzt. Die Verbindung zwischen der Einheit 30 und dem Ausgang von Einheit 28 (bzw. Leitung 40) erfolgt mit Hilfe von Leitung 41. Die als Option dargestellte Einrichtung 31, die mit der Einheit 30 durch Leitung 42 verbunden ist, dient zur Umwandlung der gemessenen Frequenz in Oberflächen-Geschwindigkeit ν, sowie zur Berechnung der Oberflächen-Länge L. Von der Einrichtung 31 werden die beiden Meßergebnisse über die Leitung 43 zu der Ausgabe- Einheit 32 weitergeleitet.

Claims

1. Verfahren zum Messen von Oberflächen-Geschwindigkeit und Oberflächen-Länge von Materialien, insbesondere Materialbahnen (3), dadurch gekennzeichnet, daß eine Markierung (7), entstanden zumindest im Oberflächenbereich des Materials durch Umwandlung und Speicherung der von einem Sender (5) in Form von elektromagnetischen Wellen mit ausreichend hoher Strahlungsflußdichte emittierten Energie, von einem, in Bewegungsrichtung gesehen, nach dem Sender angeordneten Empfänger (6) erfaßt wird und aus der Laufzeit dieser Markierung zwischen dem Sender und Empfänger direkt oder indirekt die Geschwindigkeit (l) oder Länge (l′) errechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der vom Sender emittierten elektromagnetischen Wellen im Infrarot-Bereich liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der vom Sender emittierten elektromagnetischen Wellen im UV-Bereich liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der vom Sender emittierten elektromagnetischen Wellen im Mikrowellen-Bereich liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der vom Sender erzeugten Markierung (7) kleiner ist als die Entfernung zwischen dem Sender und Empfänger.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender zum emittieren der elektromagnetischen Wellen direkt oder indirekt durch das Empfänger-Signal aktiviert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen-Geschwindigkeit oder Oberflächen-Länge aus der sich ergebenden Sender- beziehungsweise Empfänger- Frequenz errechnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sender emittierte Leistung an das Empfängersignal angepaßt wird.