DE19616018C2 - Method and device for optical porosity measurement in a running web - Google Patents

Method and device for optical porosity measurement in a running web

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DE19616018C2 DE1996116018 DE19616018A DE19616018C2 DE 19616018 C2 DE19616018 C2 DE 19616018C2 DE 1996116018 DE1996116018 DE 1996116018 DE 19616018 A DE19616018 A DE 19616018A DE 19616018 C2 DE19616018 C2 DE 19616018C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Porositätsmessung in einer laufenden Bahn, insbesondere Papierbahn, mit im Wesentlichen parallel zur Transportrichtung der Bahn eingebrachten Perforations­ spuren, wobei die Bahn im Bereich der Perforationsspuren durchstrahlt wird.The invention relates to a method and a device for optical porosity measurement in a running web, in particular paper web, with essentially parallel to Direction of transport of the perforations introduced traces, the web in the area of the perforation traces is irradiated.

Unter laufenden Bahnen bzw. bewegtem Bahnmaterial sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere Papierbahnen zu verstehen, wie z. B. Zigaretten-, Mund­ stückbelag- und Kaffeefilterpapiere, aber auch Kunststoff­ folien sowie Fliese und Tissues, die zumindest im Bereich der unterschiedlich ausgeprägten Perforationsspuren ein gewisses Maß an Gas- oder Wasserdurchlässigkeit aufweisen.Under running webs or moving web material are in Relation to the present invention in particular Understand paper webs such. B. cigarette, mouth piece covering and coffee filter papers, but also plastic films as well as tile and tissues, at least in the area the differently shaped traces of perforation have a certain degree of gas or water permeability.

Bei der Perforation von Papierbahnen mit Bahnbreiten bis 2000 mm, Bahngeschwindigkeiten bis 300 m/min und bis zu 50 perforierten Einzelzonen treten während des Veredelungs­ prozesses unerwünschte Gasdurchlässigkeitsänderungen (im Weiteren Porosität gerannt) auf, welche quanti- und quali­ tativ erfasst und regelungstechnisch ausgeglichen werden sollen, um eine gleichbleibende Produktionsqualität zu er­ zielen.When perforating paper webs with web widths up to 2000 mm, web speeds up to 300 m / min and up to 50 perforated individual zones occur during finishing process undesirable changes in gas permeability (in Further porosity), which quantitatively and qualitatively be recorded and compensated for in terms of control technology in order to maintain a constant production quality aim.

Des Weiteren dürfen die unterschiedlichen Materialeigen­ schaften oder andere Änderungen keinen Einfluss auf das Messergebnis haben. Furthermore, the different material properties are allowed or other changes have no influence on the Have measurement result.  

Es ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur optischen Vermessung von Mikroperforationsspuren in be­ wegtem Bahnmaterial bekannt (vgl. DE 44 21 962 C1). Danach erfolgt die Vermessung der einzelnen Mikroperforations­ spuren zeitlich nacheinander. Für jede Mikroperforations­ spur wird ein Suchlauf zum Auffinden der Mikroperforations­ spur, ein Ortsmesslauf zum Bestimmen der Lage und Breite der Mikroperforationsspur und ein Porositätslauf zum Ver­ messen der Porosität im Bereich der Mikroperforationsspur durchgeführt. Die Messung erfolgt im Transmissionsmodus. Als Lichtquelle dient ein auf die Bahnmaterialoberfläche gerichteter Linienlaser. Auf die gegenüberliegende Seite des Bahnmaterials ist ein Sensor angeordnet, der synchron mit dem Linienlaser und mit deckungsgleicher optischer Achse traversierbar ist.It is a method of the type described above for optical measurement of microperforation tracks in be known web material known (see. DE 44 21 962 C1). After that the individual micro perforations are measured trace one after the other. For every micro perforation track will be a search to find the micro perforations track, a local measurement run to determine the position and width the micro perforation track and a porosity run for ver measure the porosity in the area of the microperforation track carried out. The measurement is carried out in transmission mode. A light source is used on the surface of the web material directional line laser. On the opposite side of the web material, a sensor is arranged which is synchronous with the line laser and with congruent optical Axis is traversable.

Ferner kennt man ein Verfahren zur Messung der Porosität einer bewegten Bahn, bei welchem eine auf der einen Seite der Bahn stationär angeordnete Lichtquelleneinrichtung zwei über die Bahnbreite durchgehende Reihen von vielzahligen Einzellichtkreisen gleichzeitig auf die Bahn projiziert. Auf der anderen Bahnseite erfasst ein über die gesamte Bahnbreite traversierender, optodualer Porositätsmesskopf die durch die laufende Bahn hindurchtretenden elektro­ magnetischen Wellen des sichtbaren Bereiches jedes dieser Lichtkreise durch die Kombination von optischer Trans­ mission- und Streulichtdetektion. Dabei wird mit diffuser Weißlichtstrahlung im sichtbaren wellenlängebereich zwischen 500 und 600 nm gearbeitet (vgl. DE 43 02 137 A1). A method for measuring porosity is also known a moving web, one on one side the light source device stationary arranged two Continuous rows of many across the web width Individual light circles projected onto the track at the same time. On the other side of the track, one covers the entire area Web width traversing, optodal porosity measuring head the electro passing through the running web magnetic waves of the visible range of each of these Circles of light through the combination of optical trans mission and stray light detection. Doing this with diffuser White light radiation in the visible wavelength range worked between 500 and 600 nm (see. DE 43 02 137 A1).  

Schließlich ist ein Verfahren zum Messen von Eigenschaften einer durchgehenden Materialbahn im Querprofil bekannt. Als zu messende Eigenschaften werden beispielsweise die Feuchtigkeit, das Flächengewicht und die Stärke oder Güte von Oberflächenbeschichtungen genannt. Die Feuchtigkeit wird über eine Absorptionsmessung mit Laserstrahlung aus dem nahen Infrarotbereich zwischen 1 µm und 2 µm bestimmt. Die Messung wird im Bereich einer Absorptionslinie von Wasser bei einer Wellenlänge von 1,4 µm durchgeführt. Als Referenzmessung wird eine Messung mit einer Wellenlänge von 1,3 µm durchgeführt, so dass sich anschließend aus den beiden Einzelmessungen die Absorption des Wassers und folglich die Feuchtigkeit der Papierbahn bestimmen lässt (vgl. DE 36 18 518 A1).Finally, is a method for measuring properties a continuous material web in the cross section known. As The properties to be measured are, for example Moisture, basis weight and strength or quality of surface coatings. The humidity is based on an absorption measurement with laser radiation the near infrared range between 1 µm and 2 µm. The measurement is in the range of an absorption line from Water carried out at a wavelength of 1.4 microns. As Reference measurement is a measurement with a wavelength of 1.3 µm carried out, so that subsequently from the both individual measurements the absorption of water and consequently the moisture of the paper web can be determined (see DE 36 18 518 A1).

Im Übrigen wird noch auf den Stand der Technik aus EP 00 56 223 A2, DE 28 04 975 A1 und EP 0 608 554 A2 hingewiesen.Incidentally, EP 00 56 also refers to the prior art 223 A2, DE 28 04 975 A1 and EP 0 608 554 A2.

Aktuell sind für die Messapplikationen optische on-line Porositätsmesssysteme stationär wie auch traversierend für die Porositätsbereiche von 60 bis ca. 800 C.U. (ml/min/cm2) bzw. 5000 C.U. eingesetzt.Optical on-line porosity measuring systems are currently used for the measuring applications, both stationary and traversing, for the porosity ranges from 60 to approx. 800 CU (ml / min / cm 2 ) or 5000 CU.

Aufgrund der gestellten Messanforderungen zur on-line De­ tektion der Porosität und geometrischen Positionsbestimmung der perforierten Zonen lassen sich die Anforderungen mit den traversierenden Messkopfsystemen, nicht gänzlich er­ füllen.Due to the measurement requirements for on-line De detection of porosity and geometric position determination of the perforated zones, the requirements can be met the traversing measuring head systems, not entirely to fill.

Dies gilt im besonderen Maße für die niedrigen Porositäts­ bereiche von 80 bis 250 C.U.. This applies in particular to the low porosity ranges from 80 to 250 C.U ..  

Die messtechnischen Anforderungen für ein gewünschtes Poro­ simeter lassen sich im ersten Ansatz wie folgt angeben:
The measurement requirements for a desired Poro simeter can be specified in the first approach as follows:

  • - nach Möglichkeit ein Absolutmesssystem (derzeit als Rel.system)- if possible an absolute measuring system (currently as Rel.system)
  • - Zuordnung zur pneumatischen Messmethode in C.U. (ml/min/cm2)- Assignment to the pneumatic measuring method in CU (ml / min / cm 2 )
  • - Porositätsmessbereiche: 40 C.U. bis 1500 C.U.- Porosity measuring ranges: 40 C.U. up to 1500 C.U.
  • - Messgenauigkeit: bis 400 C.U. +/- 2 C.U. < 400 C.U. +/- 4 C.U.- Measuring accuracy: up to 400 C.U. +/- 2 C.U. <400 C.U. +/- 4 C.U.
  • - Messfläche: 2 cm2 (2.1 cm)- Measuring area: 2 cm 2 (2.1 cm)
  • - Messspalt: 5-20 mm- Measuring gap: 5-20 mm
  • - Messverfahren nach Möglichkeit unabhängig von: Lochbild, Lochdichte, Lochform, Lochgröße, Papierkonsis­ tenz, Einfärbung, Dicke, Dichte usw.- Measuring methods, if possible, independent of: Hole pattern, hole density, hole shape, hole size, paper consis tenz, coloration, thickness, density, etc.
  • - Lichtunempfindlichkeit gegenüber der Umgebung- Insensitivity to the environment
  • - Detektion von 50 Zonen mit einer Ortsauflösung von +/- 0.1 mm- Detection of 50 zones with a spatial resolution of +/- 0.1 mm
  • - kompaktes Messkopfsystem mit Lichtquellenzuführung und separatem Detektorsystem
    gut integrierbar und staubunempfindlich    - compact measuring head system with light source feed and separate detector system
    easy to integrate and insensitive to dust
  • - Signalschnittstelle: z. B. analog 0-10 V, LWL, RS 488 . . ..- Signal interface: e.g. B. analog 0-10 V, FO, RS 488 . , ..

Weitere Detektionsanforderungen sind:
Other detection requirements are:

  • - Lochgrößen: 20-80 µm Durchmesser- Hole sizes: 20-80 µm diameter
  • - Lochgrößenverteilung bei elektrostatischer Perforation: statistisch unregelmäßig und stochastisch verteilt - Hole size distribution with electrostatic perforation: statistically irregular and stochastically distributed  
  • - Lochdichte: 20-250 Poren/cm2 - Hole density: 20-250 pores / cm 2
  • - Bahnmaterialdicke: 20-50 µm- Web material thickness: 20-50 µm
  • - Materialfarbe: unterschiedlich, von weiß bis dunkel braun- Material color: different, from white to dark brown
  • - Porositätsänderungen: stochastisch auftretend- Changes in porosity: stochastically occurring
  • - größere Bahneinrisse sollen detektierbar sein- Larger web tears should be detectable
  • - Makrolöcher von <250 µm Durchmesser sollen erfassbar sein- Macro holes <250 µm in diameter should be detectable his
  • - Abstandschwankungen innerhalb des Messspaltes können bei breiten Bahnen bis zu 1000 mm im Bereich von +/- 1 mm auftreten- Distance fluctuations within the measuring gap can be wide webs up to 1000 mm in the range of +/- 1 mm occur
  • - bei stationären Systemen ist die Bahnposition im Mess­ spalt immer als konstant anzusehen- with stationary systems, the path position is in the measurement gap can always be regarded as constant

Die Einsatzmöglichkeiten der optischen Porosimeter lassen sich in drei Gruppen aufteilen:
The possible uses of the optical porosimeter can be divided into three groups:

  • a) stationäre Echtzeitmesssysteme für Bahngeschwindig­ keiten bis 10 m/Sek. zur Messung einer perforierten Zonea) stationary real-time measuring systems for rail speed speeds up to 10 m / sec. for measuring a perforated Zone
  • b) traversierende Messeinrichtung für Bahnbreiten bis zu 2000 mm, Bahngeschwindigkeiten bis zu 300 m/min zur zyklischen Messung von 50 perforierten Zonenb) traversing measuring device for web widths up to 2000 mm, web speeds up to 300 m / min cyclical measurement of 50 perforated zones
  • c) stationäre und in Echtzeit arbeitende Messein­ richtungen für Bahnbreiten bis zu 2000 mm, Bahn­ geschwindigkeiten bis zu 250 m/min und zur Messung von 50 perforierten Zonenc) stationary and real-time trade fairs directions for web widths up to 2000 mm, web speeds up to 250 m / min and for measuring 50 perforated zones

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dass sich durch eine hohe Messgenauigkeit und einen breiten Einsatzbereich sowie durch eine hohe Ortsauflösung auszeichnet. Ferner soll eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung angegeben werden.The invention has for its object a method of to create the kind described above that by  high measuring accuracy and a wide range of applications and is characterized by a high spatial resolution. Further should be a suitable one for carrying out this method Device can be specified.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur optischen Porositätsmessung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. - Zur on-line Porositätserfassung einer jeden Perforations­ spur werden zwei selektierte und unterschiedliche Wellen­ längenbereiche oder Wellenarten innerhalb eines gemeinsamen Strahlengangs für die Durchstrahlung der perforierten Zone und des Bahnmaterials benutzt. Die unterschiedlichen Wellenlängenbereiche werden z. B. über ein spezielles Prisma in einem gemeinsamen Strahlengang eingekoppelt und die perforierte Zone der im Messspalt durchlaufenden Bahn ausgeleuchtet. Im Transmissionsmodus erfolgt die Detektion auf der anderen Bahnseite ebenfalls im gemeinsamen opti­ schen Strahlengang, der sich mittels eines speziellen Pris­ mas wieder in zwei getrennte Strahlengänge entsprechend den Ausgangswellenlängenbereichen, aufsplitten lässt und auf unterschiedliche Fotodioden und außerhalb des eigentlichen Brennpunktes, projiziert wird.This object is achieved by an optical method Porosity measurement with the features of claim 1. - For online porosity detection of every perforation track will be two selected and different waves length ranges or types of waves within a common Beam path for the irradiation of the perforated zone and the web material used. The different Wavelength ranges are e.g. B. about a special Prism coupled in a common beam path and the perforated zone of the web passing through the measuring gap illuminated. Detection takes place in transmission mode on the other side of the track also in the common opti beam path, which is determined by means of a special prism mas again in two separate beam paths according to the Output wavelength ranges, split up and on different photodiodes and outside of the actual one Focus, is projected.

Durch die Verwendung von zwei Wellenlängenbereichen oder Wellenarten ist eine selektive Konturabgrenzung und damit verbundene geometrische Ortsauflösung der Perforationszonen innerhalb der durchlaufenden Bahnen möglich. Ferner kann bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen oder Wellenarten eine Kombination von moderater Materialuntergrundkompen­ sation, Zonenpositions- und Porositätserfassung zeitgleich stattfinden. Dabei kann die optische Achse des gemeinsamen Lichtquellenzuführungs- und Sensorgehäuses im Augenblick der Detektion immer deckungsgleich sein.By using two wavelength ranges or Wave types is a selective contour delimitation and therefore connected geometric spatial resolution of the perforation zones possible within the continuous lanes. Furthermore, at two different wavelengths or types of waves a combination of moderate material background comps sation, zone position and porosity detection at the same time occur. The optical axis of the common  Light source feeder and sensor housing right now detection must always be congruent.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass z. B. bei UV- Wellenlängen von z. B. 2200 nm alle in Frage kommenden Papiersorten sich opak verhalten und eine optisch große Auflösung und gewünschte Konturabgrenzung der perforierten Zonen, selbst zur Erkennung von pinholes, bei sehr nied­ rigen Porositäten vorhanden ist. Im Wellenlängenbereich von z. B. 600 nm ergeben sich gute Transmissionseigenschaften, welche eine ausreichende Untergrundkompensation und ge­ nügend große Dynamik im höheren Porositätsbereich er­ möglichen. Es ist gleichermaßen denkbar, monochromatisches Laserlicht anstelle von UV-Strahlungen zu verwenden.According to the invention it has been recognized that, for. B. with UV Wavelengths of e.g. B. 2200 nm all possible Paper types behave opaque and optically large Resolution and desired contour definition of the perforated Zones, even for pinhole detection, at very low porosity is present. In the wavelength range from z. B. 600 nm results in good transmission properties, which provides adequate background compensation and ge sufficiently large dynamics in the higher porosity range possible. It is equally conceivable, monochromatic Use laser light instead of UV radiation.

Aus diesen Erkenntnissen ist das erfinderische Verfahren und deren Vorrichtung entstanden, welche die aufgezeigten Messvorteile zu einem System kombinieren.The inventive method is based on these findings and their device emerged, which the shown Combine measurement advantages into one system.

Ein weiterer großer Vorteil des erfinderischen Messver­ fahrens besteht darin, dass im gemeinsamen Strahlengang der unterschiedlichen Wellenlängenbereiche eine örtlich- und zeitgleiche Aufnahme der Porosität für die perforierte Zone und deren Nebenbereiche stattfindet. Dies ist von substan­ zieller Bedeutung, da bei den eingesetzten Bahnmaterialien lokale Konsistenzschwankungen auftreten können, welche einen starken Einfluss auf die Untergrundkompensation aus­ üben, aber das eigentliche Porositätsergebnis nicht beein­ flussen dürfen. Another great advantage of the inventive Messver driving is that in the common beam path the different wavelength ranges a local and simultaneous recording of the porosity for the perforated zone and their secondary areas take place. This is from substan Of particular importance because of the web materials used local fluctuations in consistency can occur, which have a strong influence on the background compensation practice, but does not affect the actual porosity result allowed to flow.  

Besonders vorteilhaft ist es, dass z. B. im UV-Wellenlän­ genbereich eine scharfe Konturabgrenzung der perforierten Zonen auch in niedrigen Porositätsbereichen entsteht, so dass ein detektionsmäßiges Auffinden und geometrisches Aus­ weisen der Zonen im Traversiermodus problemlos möglich ist.It is particularly advantageous that, for. B. in the UV wavelength a sharp contour demarcation of the perforated Zones also arise in low porosity areas, so that detection-based detection and geometric end assigning the zones in traversing mode is easily possible.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der nachgeordneten Patentan­ sprüche. Danach ist die Vorrichtung vorzugsweise so ausge­ staltet, dass zwei separate Lichtquellen mit unterschiedli­ chen Wellenlängen über Lichtfaserbündel zu einem gemein­ samen Strahlengang oberhalb der laufenden Bahn über ein spezielles Prisma zusammengeführt sind. Unterhalb der Bahn befindet sich in der gleichen optischen Achse eine weitere optische Anordnung, in der die Aufsplittung der beiden Wellenlängenbereiche und deren Projektion auf die be­ treffenden Fotodioden erfolgt.The invention further relates to a device for Implementation of the described method with the features of claim 4. Advantageous further developments of Device are the subject of the subordinate patent claims. Then the device is preferably out designed that two separate light sources with different Chen wavelengths over fiber bundles into one seed beam path above the running web special prism are brought together. Below the train there is another one in the same optical axis optical arrangement in which the splitting of the two Wavelength ranges and their projection onto the be hitting photodiodes.

Die beiden wellenlängenselektiv oder wellenartig ausgeführ­ ten Lichtquellen leuchten die jeweilige Perforationszone über eine gemeinsame optische Einrichtung z. B. kreisförmig aus. Die durch die laufende Bahn und die Perforationszone durchtretenden Strahlungsanteile werden von einer gemein­ samen optischen Einrichtung auf der Detektionsseite wellen­ selektiv wieder aufgesplittet. Dabei übernehmen zwei ver­ schiedene Fotodiodeneinrichtungen die wellenselektive Auf­ nahme der Strahlungsanteile. Zur Wellenlängeselektion der Strahlungssplittung können spezielle Prismen eingesetzt werden. Zwei getrennte Lichtfaserbündel können die wellenlängenunterschiedliche Strahlung der gemeinsamen Beleuch­ tungseinrichtung zuführen. Außerdem schlägt die Erfindung vor, dass die optische Achse des gemeinsamen Lichtquellen­ zuführungs- und Sensorgehäuses im Augenblick der Detektion immer deckungsgleich ist. Die Messsystemeinheit kann als Traversiersystem ausgeführt sein.The two are wavelength-selective or wave-like The respective perforation zone illuminates th light sources via a common optical device z. B. circular out. The through the running web and the perforation zone Radiation components passing through are shared by one wave the optical device on the detection side selectively split again. Two ver different photodiode devices the wave-selective on taking the radiation shares. For the wavelength selection of the Radiation splitting can use special prisms become. Two separate optical fiber bundles can have different wavelengths  Radiation of common lighting feed device. The invention also proposes before that the optical axis of the common light sources feed and sensor housing at the moment of detection is always congruent. The measuring system unit can be used as Traversiersystem be executed.

Die analogen Transparenzdaten werden in vorteilhafter Weise zunächst in digitale Signale mit einer handelsüblichen Analog/Digitalwandler-Karte und konventionellen PC-Rechner verarbeitet. Dabei können standardisierte Auswertemethoden und on-line Software zum Einsatz kommen.The analog transparency data are used advantageously first in digital signals with a commercially available Analog / digital converter card and conventional PC computer processed. Standardized evaluation methods can be used and on-line software are used.

Des Weiteren ist durch die räumliche Absetzung der beiden Lichtquelleneinheiten, Lichtleiterzuführungen, kreisförmi­ ger Zonenausleuchtung und gemeinsamer Strahlenführung des Sensorsystems ein sehr kompaktiver Messaufbau gegeben, der eine einfache Integration auf ein Traversiersystem er­ möglicht.Furthermore, due to the spatial separation of the two Light source units, fiber optic feeders, circular zone illumination and joint radiation control of the Sensor Systems given a very compact measurement setup that easy integration on a traversing system made possible.

Es gibt weitere Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiter­ zubilden. Dazu ist einerseits auf die Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Aus­ führungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevor­ zugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und mittels der Zeichnungen werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausge­ staltungen der Lehre erläutert. Die Zeichnungen zeigen im Einzelnen: There are other ways of teaching the present To design the invention in an advantageous manner and further to build. This is on the one hand on the claims and on the other hand to the following explanation of an off exemplary embodiment of the invention with reference to the drawings refer. In connection with the explanation of the before drafted embodiment of the invention and by means of Drawings are also generally preferred events of teaching explained. The drawings show in Specifically:  

Fig. 1 die Ansicht und der optische Aufbau des Multi­ sensorsystems Fig. 1 shows the view and the optical structure of the multi sensor system

Fig. 2 die elektrische Verschaltung der Einzelsensoren Fig. 2 shows the electrical connection of the individual sensors

Fig. 3 die Querprofilierung von perforierten Zonen bei unterschiedlichen Wellenlängen Fig. 3 shows the cross-profiling of perforated zones at different wavelengths

In Fig. 1 ist die gesamte Vorrichtung zur optischen Poro­ sitätsmessung mit einem Multisensorsystem für laufende Bahnen dargestellt. Die konventionelle Lichtquelle 1, deren Spektralmaximum im sichtbaren Bereich von z. B. 600 nm liegt, besteht im Wesentlichen aus der Halogenlampe 3, einem Wärmeschutzfilter 4 und dem Linsensystem 5, wobei die Auskopplung über ein Lichtfaserbündel 6 zum Anschluss-A des Detektionsgehäuses 10 erfolgt. Die UV-Lichtquelle 2 ist vorzugsweise mit einer Deuteriumlampe 7 bestückt, deren Strahlung über eine Sammellinse 8 dem UV-Lichtfaserbündel 9 eingekoppelt und Detektionsgehäuse 10 über Anschluss-B zugeführt wird.In Fig. 1, the entire device for optical porosity measurement is shown with a multi-sensor system for running webs. The conventional light source 1 , the spectral maximum in the visible range of z. B. 600 nm, consists essentially of the halogen lamp 3 , a heat protection filter 4 and the lens system 5 , wherein the coupling takes place via an optical fiber bundle 6 to the connection A of the detection housing 10 . The UV light source 2 is preferably equipped with a deuterium lamp 7 , the radiation of which is coupled into the UV light fiber bundle 9 via a converging lens 8 and the detection housing 10 is fed via connection B.

Die Strahleinkopplung der beiden unterschiedlichen Wellen­ längenbereiche erfolgt symmetrisch über die Lichtleitfaser­ zuführung 11 und 15, den beiden schmalbandigen Interferenz­ filtern 12 bzw. 16, plankonvexen Linsen 13 bzw. 17 auf das spezielle Prisma 14. Dies hat hierbei die Aufgabe, die beidseitig einfallenden Parallelstrahlungsbündel um 45° um­ zulenken und zu einem gemeinsamen Strahlengang in der optischen Achse zu vereinen. The beam coupling of the two different wavelength ranges takes place symmetrically via the optical fiber feed 11 and 15 , the two narrow-band interference filters 12 and 16 , plano-convex lenses 13 and 17 on the special prism 14 . The task here is to deflect the parallel radiation beams incident on both sides by 45 ° and to combine them into a common beam path in the optical axis.

Die plankonvexe Linse 18 unterstützt hierbei die gewünschte Parallelstrahlführung, die aus dem Messfenster 19 austritt und auf die im Messspalt durchlaufende Bahn 20 projiziert wird. Die kreisförmige Ausleuchtung der beiden Wellenlängen durchstrahlt die Perforationszone 21 und deren links und rechts daneben befindlichen Bahnmaterialbereiche.The plano-convex lens 18 supports the desired parallel beam guidance, which emerges from the measuring window 19 and is projected onto the web 20 passing through the measuring gap. The circular illumination of the two wavelengths radiates through the perforation zone 21 and its web material areas to the left and right of it.

Über das Messfenster und/oder Lochblende 23 erfolgt der Strahleneintritt in das Sensorgehäuse 22, wobei eine Sammellinse 24 auch die achsferneren Strahlenanteile dem Prisma 25 zuführt. In reziproker Weise findet hier die Wellenaufsplittung statt, so dass eine selektierte Ab­ bildung der beiden Wellenlängen mittels Sammellinsen 26 bzw. 29 auf die links zur optischen Querachse befindlichen Fotodiodenelemente 28 für den sichtbaren und respektive für den UV-Bereich auf den rechts angeordneten Fotodioden­ elementen 31 erfolgt.The radiation enters the sensor housing 22 via the measuring window and / or pinhole 23 , with a converging lens 24 also supplying the radiation components remote from the axis to the prism 25 . The wave splitting takes place here in a reciprocal manner, so that a selected formation of the two wavelengths by means of converging lenses 26 and 29 on the photo diode elements 28 to the left of the optical transverse axis for the visible and respectively for the UV range on the photo diode elements 31 arranged on the right he follows.

Vorteilhafterweise bestehen die Elemente 28 aus einem Foto­ diodenarray bzw. 31 aus Differenzialfotodioden, die etwas außerhalb der beiden Linsenbrennpunkte 27 und 30 platziert sind. Diese Elementanordnung erlaubt eine höchstmögliche Empfindlichkeit der achsferneren Lichtquantenanteile, die zur Untergrundkompensation der sehr inhomogenen und unter­ schiedlichen Bahnmaterialsorten notwendig sind. Gleich­ zeitig ist eine genügend große geometrische Ortauflösung der perforierten Zonen von z. B. +/-0.1 mm aufgrund des optisch symmetrischen Dualaufbaues gegeben.Advantageously, the elements 28 consist of a photo diode array or 31 of differential photo diodes, which are placed somewhat outside of the two lens focal points 27 and 30 . This arrangement of elements allows the highest possible sensitivity of the light quantum components that are far from the axis, which are necessary for background compensation of the very inhomogeneous and different types of web material. At the same time, a sufficiently large geometric spatial resolution of the perforated zones of z. B. +/- 0.1 mm due to the optically symmetrical dual structure.

Fig. 2 stellt die mögliche Signalaufbereitung der hier ver­ wendeten 5 Fotodiodenelemente 32, 33, 34, 35 und 36 dar. Fig. 2 shows the possible signal processing of the 5 photodiode elements 32 , 33 , 34 , 35 and 36 used here ver.

Über rausch- und driftarme Operationsverstärker 37 und 38, Inverter 39 und 40 werden der PC-Wandlerkarte 44 die fünf Signalzweige über Sample & Hold-Stufen 41 und 42 bzw. deren Steuerung 43, zur zeitgleichen Betragsbildung zugeführt. Die weitere Datenbearbeitung und Auswertung ist hierbei nicht weiter dargestellt und entspricht softwaretechnisch weitestgehend der bisherigen Verfahrensweise.Via five low-noise and low-drift operational amplifiers 37 and 38 , inverters 39 and 40 , the PC converter card 44 is supplied with the five signal branches via sample & hold stages 41 and 42 or their controller 43 , for the simultaneous formation of amounts. The further data processing and evaluation is not shown further here and corresponds largely to the previous method in software technology.

In Fig. 3 ist beispielhaft zu erkennen, dass die im UV-Be­ reich aufgenommene Querprofilempfindlichkeit 46 und 47 der perforierten Zonen eine schärfere Abgrenzung ermöglicht, als die im sichtbaren Wellenlängenbereich aufgenommene Zo­ nendarstellung 48, 49 und 50. Die Nulllinie ist hierbei mit 45 gekennzeichnet. Der eigentliche Porositätsbetrag wird aus der sich ergebenen Amplitudenhöhe und durch ent­ sprechende Mittelwertbildung generiert.In Fig. 3 it can be seen by way of example that the cross-profile sensitivity 46 and 47 of the perforated zones recorded in the UV region enables a sharper delimitation than the zoom display 48 , 49 and 50 recorded in the visible wavelength range. The zero line is marked with 45. The actual amount of porosity is generated from the resulting amplitude and by corresponding averaging.

Dieser Vorteil ist bei dem erfinderischen Verfahren deshalb so positiv nutzbar, weil sich das Profil aller Perfora­ tionszonen während des laufenden Betriebes moderat ändern kann, so dass die einmal zuvor aufgenommene Charakte­ ristika, als sogenannter finger print einer jeden Zone be­ kannt, nicht erhalten bleibt und in zeitlichen Abständen einer Detektionsaktuallisierung bedarf.This advantage is therefore in the inventive method can be used so positively because the profile of all perfora Change zones moderately during ongoing operation can, so the character once recorded ristika, as a so-called finger print of each zone knows, is not preserved and at intervals a detection update is required.

Im Übrigen lässt die erfindungsgemäße Lehre auch weitere Verfahrensschritte zur optischen Porositätsmessung mit einem Multisensorsystem für laufende Bahnen und Vorrich­ tungen zu, die andere bzw. weitere konstruktive Merkmale aufweisen.Otherwise, the teaching according to the invention also allows others Process steps for optical porosity measurement with a multi-sensor system for running webs and jigs to the other or other constructive features exhibit.

Claims (9)

1. Verfahren zur optischen Porositätsmessung in einer laufenden Bahn (20), insbesondere Papierbahn, mit im wesentlichen parallel zur Transportrichtung der Bahn (20) eingebrachten Perforationsspuren (21), wobei die Bahn (20) im Bereich der Perforationsspuren (21) durchstrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (20) in einem gemein­ samen Strahlengang mit zwei Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen oder Wellenlängebereichen durchstrahlt wird und daß die Detektion der beiden Strahlen selektiv erfolgt.1. Method for optical porosity measurement in a running web ( 20 ), in particular paper web, with perforation tracks ( 21 ) introduced essentially parallel to the transport direction of the web ( 20 ), the web ( 20 ) being irradiated in the area of the perforation tracks ( 21 ), characterized in that the path ( 20 ) is irradiated in a common beam path with two beams with different wavelengths or wavelength ranges and that the detection of the two beams is carried out selectively. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme der Porosität mit den beiden Strahlen zeit­ gleich erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the absorption of the porosity with the two rays time done immediately. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Durchstrahlung mit sichtbarem Licht, z. B. mit Wellenlängen um etwa 600 nm, und mit UV-Licht, z. B. mit Wellenlängen um etwa 220 nm, erfolgt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the transmission with visible light, for. B. with wavelengths around 600 nm, and with UV light, e.g. B. with wavelengths around 220 nm. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Multisensorsystem mit einer auf eine Seite der Bahn (20) gerichteten Licht­ quelleneinrichtung (1, 2, 10) und einem auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Sensorgehäuse (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelleneinrichtung (1, 2, 10) zwei die Bahn durchstrahlende Lichtquellen (1, 2) mit unterschiedlichen Wellenlängen oder Wellenlänge­ bereichen aufweist, wobei die jeweilige Perforationsspur (21) über eine gemeinsame optische Einrichtung (10) mit den Lichtquellen kreisförmig ausgeleuchtet wird.4. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3, with a multi-sensor system with a light source device ( 1 , 2 , 10 ) directed towards one side of the web ( 20 ) and a sensor housing ( 22 ) arranged on the opposite side, characterized in that the light source device ( 1 , 2 , 10 ) has two light sources ( 1 , 2 ) radiating through the web with different wavelengths or wavelengths, the respective perforation track ( 21 ) being circular with the light sources via a common optical device ( 10 ) is illuminated. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere gemeinsame optische Einrichtung (22) vor­ gesehen ist, mit welcher die durch die laufende Bahn (20) und die Perforationsspur (21) durchtretenden Strahlungs­ anteile auf der Detektionsseite wellenlängeselektiv geteilt werden.5. The device according to claim 4, characterized in that a further common optical device ( 22 ) is seen before, with which the radiation through the running web ( 20 ) and the perforation track ( 21 ) passing through radiation shares on the detection side are divided selectively. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optische Einrichtung (22) zwei ver­ schiedene Fotodiodeneinrichtungen (28, 31) aufweist, die die wellenlängeselektive Aufnahme der Strahlungsanteile übernehmen.6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the optical device ( 22 ) has two different photodiode devices ( 28 , 31 ), which take over the wavelength-selective recording of the radiation components. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Einrichtungen (10, 22) spezielle Prismen (14, 25) zur Wellenlängeselektion auf­ weist.7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the optical devices ( 10 , 22 ) has special prisms ( 14 , 25 ) for wavelength selection. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des gemeinsamen Lichtquellenzuführungs- und Sensorgehäuses deckungsgleich ist.8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized characterized in that the optical axis of the common Light source supply and sensor housing congruent is. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsystemeinheit als Traversier­ system ausgeführt ist.9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized characterized in that the measuring system unit as a traverse system is executed.
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