DE19515373A1

DE19515373A1 - Vorrichtung zur Aufnahme von von einer Strahlungsquelle auf eine bandförmige laufende Probe gerichteter und von der Probe reflektierter oder durch die Probe transmittierter Strahlung

Info

Publication number: DE19515373A1
Application number: DE19515373A
Authority: DE
Inventors: Ursula Dr Schumacher-Hamedat; Thomas Ischdonat; Heinz-Wilhelm Dederichs
Original assignee: Qualico Prozesueberwachungssysteme 52428 Juelich De GmbH; QUALICO PROZESUEBERWACHUNGSSYS
Current assignee: Metso Paper Automation Oy
Priority date: 1995-05-02
Filing date: 1995-05-02
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2015-05-03
Also published as: DE19515373C2; US5962847A; EP0824686A1; WO1996035113A1; JPH11505326A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von von einer Strahlungsquelle auf eine bandförmige laufende Probe gerichteter und von der Probe reflektierter oder durch die Probe transmittierter Strahlung.

Bei bestimmten Produktarten ist es sinnvoll oder auch uner läßlich, während der Produktion Qualitätskontrollen, z. B. im Hinblick auf die stoffliche Zusammensetzung des Produk tes, durchzuführen. Derartige Kontrollen werden häufig mit Hilfe der Wechselwirkung von Strahlung, z. B. Infrarotstrah lung, mit den zu untersuchenden Proben ausgeführt. Dabei wird die Probe der Strahlung ausgesetzt und die durch die Probe transmittierte oder von der Probenoberfläche reflek tierte Strahlung einer Analyseeinheit zugeführt. Dabei ist es angestrebt, die Maßnahmen zur Qualitätskontrolle derart in den Produktionsprozeß zu integrieren, daß dieser auf möglichst geringe Weise gestört wird.

Im Falle von bandförmigen laufenden Produkten, wie z. B. Pa pier- oder Textilbahnen, ist es bekannt, das laufende Pro dukt an einer bestimmten Stelle des Produktionsweges mit einer Strahlung zu beaufschlagen und einen möglichst großen Bruchteil der reflektierten oder transmittierten Strahlung mit fest positionierten Strahlungsaufnehmern aufzufangen. Damit möglichst wenig dieser Strahlung verloren geht, ist es günstig, diese Strahlungsaufnehmer möglichst nahe an die zu untersuchende Probe heranzuführen. Werden die Strah lungsaufnehmer direkt auf die laufende Probe aufgesetzt, hat dies den Nachteil, daß es zu einer das Produkt beein trächtigenden Reibungswirkung kommen kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine hohe Ausbeute der analysierbaren Strahlung gewährleistet und die gleichzeitig eine mechanische Schädigung der zu untersu chenden Probe vermeidet.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gelöst durch einen drehbar gelagerten zylinderför migen Walzenkörper, der mindestens eine am Umfang des Wal zenkörpers befindliche, für die Strahlung durchlässige Auf nahmestelle und mindestens an seinem einen Ende eine für die Strahlung durchlässige zentrale Auskoppelstelle auf weist, und durch im Inneren des Walzenkörpers befindliche Mittel zur Weiterleitung der Strahlung von der (den) Auf nahmestelle(n) zur Auskoppelstelle.

Ein solcher Walzenkörper kann in den Produktionsweg einer bandförmigen laufenden Probe gebracht werden, ohne daß hierdurch der Produktionsablauf gestört wird. Wenn die bandförmige Probe über den Walzenkörper geführt wird, kon taktieren die die zu analysierende Strahlung aufnehmenden Aufnahmestellen die Oberfläche der Probe. Somit wird die gesamte von dem durch die Aufnahmestelle überdeckten Teil der Probenoberfläche ausgehende Strahlung durch die Aufnah mestelle aufgefangen.

Im laufenden Produktionsbetrieb entspricht die Geschwindig keit der Walzenkörperoberfläche der Geschwindigkeit der laufenden Probe, so daß zwischen beiden Oberflächen keine Gleitreibung auftritt. Wird die Strahlung auf die dem Um fang des Walzenkörpers abgewandte Seite der bandförmigen Probe gegeben, wird die durch die Probe transmittierte Strahlung analysiert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, daß sie eine am anderen Ende des Walzenkörpers be findliche, für die unmittelbar von der Strahlungsquelle ausgehende Strahlung durchlässige zentrale Einkoppelstelle und Mittel zur Weiterleitung der durch die Einkoppelstelle einfallenden Strahlung zu jeder Aufnahmestelle aufweist.

Hiermit wird also die von der Strahlungsquelle ausgehende Strahlung über das Innere des Walzenkörpers auf die Ober fläche der zu analysierenden Probe gegeben und das von dort reflektierte Licht zur Analyse wieder aus dem Walzenkörper herausgeführt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, daß mindestens zwei der Aufnahmestellen auf dem Wal zenkörper auf ein Zylinderkoordinatensystem bezogen ver schiedene Umfangswinkel aufweisen.

Hierdurch ist gewährleistet, daß bei einer einzelnen Umdre hung des Walzenkörpers mehrere in Richtung der Probenbewe gung hintereinanderliegende Stellen der Probenoberfläche untersucht werden können.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausge bildet sein, daß mindestens zwei der Aufnahmestellen auf dem Walzenkörper auf ein Zylinderkoordinatensystem bezogen verschiedene Höhen aufweisen.

Hierdurch können Messungen über die Breite der bandförmigen Probe durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft auch so ausgebildet sein, daß sie Mittel zur Erfassung und Kon trolle einer absoluten Drehwinkelposition des Walzenkörpers aufweist.

Ist die absolute Winkelposition des Walzenkörpers bekannt, ist gleichzeitig bekannt, welche der Aufnahmestellen der zeit Kontakt mit der bandförmigen Probe hat.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, daß sie mindestens einen in einer bestimmten radialen Entfernung von der Drehachse des Walzenkörpers befindli chen, feststehenden Induktionssensor und ein sich mit dem Walzenkörper drehendes, auf den Induktionssensor wirkendes Positionselement aufweist.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausge bildet sein, daß das Positionselement eine Scheibe mit min destens einer bei der Drehung unmittelbar am Induktionssen sor vorbeilaufenden Öffnung ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung wird erreicht durch einen ersten und einen zweiten Induktionssensor, wobei die Induktionssensoren unterschied liche radiale Entfernungen von der Drehachse des Walzenkör pers aufweisen, und durch eine Positionsscheibe, die auf dem der Position des ersten Induktionssensors entsprechen den Radius eine Lochung und auf dem der Position des zwei ten Induktionssensors entsprechenden Radius mindestens zwei Lochungen aufweist.

Der die einzelne Lochung registrierende Induktionssensor gibt stets dann ein Signal ab, wenn der Walzenkörper eine volle Umdrehung getätigt hat. Somit kann bei jeder vollen Umdrehung die Position des Walzenkörpers neu geeicht wer den.

Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch so ausgebildet sein, daß im Inneren des Walzenkörpers zur Wei terleitung der Strahlung Lichtleiter vorgesehen sind.

Hierdurch gestaltet sich die Leitung des Strahlenganges be sonders einfach, da die Justierung alternativer optischer Elemente, wie z. B. Linsen und Spiegel, entfällt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die erfindungsgemäße Vorrich tung so auszubilden, daß die unmittelbar von der Strah lungsquelle ausgehende Strahlung über die Einkoppelstelle in ein Bündel aus Einkoppelfasern eingekoppelt ist und zu jeder Aufnahmestelle die gleiche Anzahl von Fasern geführt ist.

Wird die Einkoppelstelle gleichmäßig von der Strahlungs quelle beleuchtet, werden die über den verschiedenen Auf nahmestellen liegenden Teile der Probenoberfläche in etwa mit gleicher Strahlungsintensität beaufschlagt.

Des weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so aus gebildet sein, daß von jeder Aufnahmestelle ausgehend die gleiche Anzahl von Auskoppelfasern in ein zur Auskoppel stelle führendes Bündel geführt ist.

Hierdurch werden sämtliche Aufnahmestellen mit der Auskop pelstelle optisch verbunden. Da in der Regel innerhalb des Bündels an der Auskoppelstelle nicht mehr nach den von den verschiedenen Aufnahmestellen kommenden Auskoppelfasern se pariert werden kann, ist es sinnvoll, den Umschlingungswin kel der bandförmigen Probe auf dem Walzenkörper so zu wäh len, daß stets nur eine Aufnahmestelle im Kontakt mit der Probenoberfläche steht. Ist die absolute Drehwinkelposition des Walzenkörpers bekannt, ist auch bekannt, welche der Aufnahmestellen im Kontakt mit der Probenoberfläche steht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung kann auch erreicht werden durch eine geschliffene Oberfläche auf dem Umfang des Walzenkörpers.

Die geschliffene Oberfläche des Walzenkörpers gewährlei stet, daß die Aufnahmestellen auf der Walzenkörperoberflä che keine Unebenheit verursachen.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausge bildet sein, daß der Walzenkörper aus einem kohlenfaserver stärkten Kunststoff besteht.

Kohlenfaserverstärkter Kunststoff hat den Vorteil einer ge ringen Dichte, wodurch gegenüber alternativen Materialien, wie z. B. Edelstahl, das Gewicht des Walzenkörpers reduziert wird. Zudem ist der Ausdehnungskoeffizient des kohlenfaser verstärkten Kunststoffes nahezu Null, weshalb sich bei pro duktionsbedingten Temperaturänderungen die geometrischen Abmessungen des Walzenkörpers nicht wesentlich verändern.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausge bildet sein, daß sie eine die bandförmige Probe auf den Walzenkörper pressende Andrückwalze aufweist.

Hierdurch wird ein stets gleichbleibender und guter Kontakt zwischen der Probenoberfläche und der Oberfläche des Wal zenkörpers gewährleistet.

Im folgenden wird anhand einer Figur eine Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Ein Walzenkörper 1 ist mittels zweier Zapfen 2 und 3 in ei ner hier nicht dargestellten Lagerung drehbar gelagert. Bei seinem bestimmungsgemäßen Einsatz wird der Walzenkörper 1 derart in den Produktionsweg einer hier nicht dargestellten bandförmigen laufenden Probe integriert, daß die bandför mige Probe über den Umfang des Walzenkörpers 1 hinwegläuft. Durch die bandförmige Probe selbst angetrieben, erhält der Umfang 4 des Walzenkörpers 1 die gleiche Geschwindigkeit wie die bandförmige Probe, so daß zwischen beiden Materia lien keine Gleitprozesse auftreten.

In den Umfang 4 des Walzenkörpers 1 sind drei Aufnahmestel len eingearbeitet, von denen lediglich zwei Aufnahmestellen 5 und 6 beispielhaft dargestellt sind. Diese Aufnahmestel len 5, 6 erlauben es, z. B. mit Hilfe infraroter Strahlung, die Oberfläche der bandförmigen Probe auf bestimmte Eigen schaften hin zu untersuchen. Hierzu muß zunächst die Pro benoberfläche mit einer Strahlung beaufschlagt werden. Dies geschieht, indem die von einer Strahlungsquelle 7 ausge hende Strahlung mit optischen Instrumenten, wie einem Spie gel 8 und optischen Linsen 9 und 10, auf ein Lichtleitfa serbündel 11 fokussiert wird, dessen Einkoppelende 12 sich in der Einkoppelstelle 13 am Ende des Zapfens 2 befindet. Das aus einer Vielzahl von Einkoppelfasern bestehende Lichtleitfaserbündel 11 wird durch den Zapfen 2 hindurch in das Innere des Walzenkörpers 1 geführt. Im Inneren des Wal zenkörpers 1 werden aus dem Lichtleitfaserbündel 11 Teil bündel 14 und 15 zu den Aufnahmestellen 5 und 6 geführt, wobei jeder Aufnahmestelle 5 und 6 in etwa die gleiche An zahl von Einkoppelfasern zugeordnet werden, so daß beide Aufnahmestellen 5 und 6 in etwa mit der gleichen Strah lungsintensität beaufschlagt werden. An den Aufnahmestellen 5 und 6 sind in dem Umfang 4 des Walzenkörpers 1 halbkugel förmige Glaskörper 15 und 16 eingearbeitet, die mit den Teilbündeln 15 und 16 optisch gekoppelt sind. Diese Glas körper 15 und 16 sind zusammen mit dem Umfang 4 des Walzen körpers 1 geschliffen, so daß im Bereich der Aufnahmestel len 5 und 6 die Oberfläche des Walzenkörpers keinerlei Un ebenheiten aufweist.

Die über die Teilbündel 14 und 15 geführte Strahlung wird über die Glaskörper 16 und 17 dann auf die Oberfläche der bandförmigen Probe gebracht, wenn sich die entsprechende Aufnahmestelle 5 bzw. 6 gerade im von der bandförmigen Probe umschlungenen Bereich des Walzenkörpers 1 befindet. Die über die Aufnahmestelle 5 bzw. 6 auf die Oberfläche der bandförmigen Probe gebrachte Strahlung wechselwirkt mit dieser Oberfläche und wird anschließend wieder in den Glas körper 16 bzw. 17 reflektiert. Neben dem Teilbündel 14 bzw. 15 der Einkoppelfasern ist an jedem Glaskörper 16 und 17 ein weiteres Teilbündel 18 bzw. 19 von Auskoppelfasern op tisch angekoppelt. Ein Teil der von der Oberfläche der bandförmigen Probe reflektierten Strahlung gelangt in das Teilbündel 18 bzw. 19 der Auskoppelfasern und wird durch den Zapfen 3 hindurch zur Auskoppelstelle 20 am Ende des Zapfens 3 geführt. Die an der Auskoppelstelle 20 austre tende Strahlung wird über Linsen 21 und 22 in einen weite ren Lichtleiter 23 eingekoppelt, der die Strahlung zu einer hier nicht dargestellten Auswerteeinheit führt.

Der Umschlingungswinkel der bandförmigen Probe auf dem Wal zenkörper 1 und die Verteilung der Aufnahmestellen 5, 6 sind derart aufeinander abgestimmt, daß stets nur eine der Auf nahmestellen 5, 6 die bandförmige Probe kontaktiert. Durch eine hier nicht dargestellte Meßeinrichtung zur Feststel lung einer absoluten Drehwinkelposition des Walzenkörpers 1 kann ermittelt werden, welche der Aufnahmestellen 5 bzw. 6 sich gerade im Umschlingungsbereich befindet. Somit kann die an der Auskoppelstelle 20 registrierte Strahlung ein deutig einem bestimmtem Ort der Probenoberfläche zugeordnet werden.

Die Aufnahmestellen 5, 6 sind derart auf dem Umfang 4 des Walzenkörpers 1 auf einer Wendellinie angeordnet, daß die Aufnahmestellen gleichmäßig über die in Richtung seiner Drehachse gesehene Länge des Walzenkörpers 1 verteilt und auf der Wendellinie nacheinanderfolgende Aufnahmestellen stets durch den gleichen Umfangswinkel voneinander getrennt sind. Mit dieser Anordnung der Aufnahmestellen 5, 6 können sowohl Meßprofile über die Länge als auch über die Breite der bandförmigen Probe ermittelt werden.

Bezugszeichenliste

1 Walzenkörper
2 Zapfen
3 Zapfen
4 Umfang
5 Aufnahmestelle
6 Aufnahmestelle
7 Strahlungsquelle
8 Spiegel
9 Linse
10 Linse
11 Lichtleitfaserbündel
12 Einkoppelende
13 Einkoppelstelle
14 Teilbündel
15 Teilbündel
16 Glaskörper
17 Glaskörper
18 Teilbündel
19 Teilbündel
20 Auskoppelstelle
21 Linse
22 Linse
23 Lichtleiter

Claims

1. Vorrichtung zur Aufnahme von von einer Strah lungsquelle (7) auf eine bandförmige laufende Probe gerich teter und von der Probe reflektierter oder durch die Probe transmittierter Strahlung, gekennzeichnet

- durch einen drehbar gelagerten zylinderförmigen Walzen körper (1), der mindestens eine am Umfang (4) des Walzen körpers (1) befindliche, für die Strahlung durchlässige Aufnahmestelle (5, 6) und mindestens an seinem einen Ende eine für die Strahlung durchlässige zentrale Auskoppel stelle (20) aufweist, und
- durch im Inneren des Walzenkörpers (1) befindliche Mittel (11, 14, 15, 18, 19) zur Weiterleitung der Strahlung von der (den) Aufnahmestelle(n) (5, 6) zur Auskoppelstelle (20).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am anderen Ende des Walzenkörpers (1) befindliche, für die unmittelbar von der Strahlungsquelle (7) ausgehende Strahlung durchlässige zentrale Einkoppelstelle (13) und durch Mittel zur Weiterleitung der durch die Einkoppelstelle (13) einfallenden Strahlung zu jeder Aufnahmestelle (5, 6).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß mindestens zwei der Aufnahmestellen (5, 6) auf dem Walzenkörper (1) auf ein Zylinderkoordinatensystem bezogen verschiedene Umfangswinkel aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Aufnahmestel len (5, 6) auf dem Walzenkörper (1) auf ein Zylinderkoordi natensystem bezogen verschiedene Höhen aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ge kennzeichnet durch Mittel zur Erfassung und Kontrolle einer absoluten Drehwinkelposition des Walzenkörpers (1).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens einen in einer bestimmten radialen Entfernung von der Drehachse des Walzenkörpers (1) befindlichen, fest stehenden Induktionssensor und ein sich mit dem Walzenkör per (1) drehendes, auf den Induktionssensor wirkendes Posi tionselement.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß das Positionselement eine Scheibe mit mindestens einer bei der Drehung unmittelbar am Induktionssensor vor beilaufenden Öffnung ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Induktionssensor, wobei die Induktionssensoren unterschiedliche radiale Entfernungen von der Drehachse des Walzenkörpers (1) aufweisen, und durch eine Positionsscheibe, die auf dem der Position des ersten Induktionssensors entsprechenden Radius eine Lochung und auf dem der ,Position des zweiten Induktionssensors ent sprechenden Radius mindestens zwei Lochungen aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß im Inneren des Walzenkörpers (1) zur Weiterleitung der Strahlung Lichtleiter (11, 14, 15, 18, 19) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die unmittelbar von der Strahlungsquelle (7) aus gehende Strahlung über die Einkoppelstelle (13) in ein Bün del (11) aus Einkoppelfasern eingekoppelt ist und zu jeder Aufnahmestelle (5, 6) die gleiche Anzahl von Fasern geführt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge kennzeichnet, daß von jeder Aufnahmestelle (5, 6) ausgehend die gleiche Anzahl von Auskoppelfasern in ein zur Auskop pelstelle (20) führendes Bündel geführt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine geschliffene Oberfläche auf dem Umfang (4) des Walzenkörpers (1).

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkörper (1) aus einem kohlenfaserverstärkten Kunststoff besteht.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine die bandförmige Probe auf den Walzenkörper (1) pressende Andrückwalze.