DE19913928A1

DE19913928A1 - Vorrichtung zum Bestimmen von Eigenschaften einer laufenden Materialbahn

Info

Publication number: DE19913928A1
Application number: DE1999113928
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Griech
Original assignee: Voith Sulzer Papiertechnik Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2019-03-27
Also published as: DE19913928B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen von Eigenschaften, insbesondere der Dicke, einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn in einer Papiermaschine, mit wenigstens einem Sensor, der ein auf der einen Seite der Materialbahn mit Abstand zur Materialbahn positionierbares Oberteil sowie ein auf der anderen Seite der Materialbahn in Kontakt mit der Materialbahn positionierbares Unterteil umfaßt, wobei das Oberteil zum berührungslosen Messen der Entfernung zu der dem Oberteil zugewandten Oberfläche der Materialbahn sowie gleichzeitig der Entfernung zu einer die Materialbahn berührenden Kontaktfläche des Unterteils ausgebildet ist, und wobei der Sensor an einem zumindest näherungsweise in einer Ebene verlaufenden Abschnitt der Materialbahn derart einsetzbar ist, daß der Verlauf der Materialbahn durch das Unterteil im wesentlichen unbeeinflußt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen von Eigenschaf ten, insbesondere der Dicke, einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn in einer Papiermaschine, mit wenigstens einem Sensor, der ein auf der einen Seite der Materialbahn mit Abstand zur Material bahn positionierbares Oberteil sowie ein auf der anderen Seite der Ma terialbahn in Kontakt mit der Materialbahn positionierbares Unterteil umfaßt, wobei das Oberteil zum berührungslosen Messen der Entfernung zu der dem Oberteil zugewandten Oberfläche der Materialbahn sowie gleichzeitig der Entfernung zu einer die Materialbahn berührenden Kon taktfläche des Unterteils ausgebildet ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US 4,311,392 bekannt. Die be kannte Vorrichtung dient dazu, die Dicke von nichtmetallischen bahnför migen Körpern z. B. aus Gummi oder Kunststoff in einem Bereich zu mes sen, an dem die Bahn mittels einer Walze umgelenkt wird und somit eine Richtungsänderung erfährt. Die Bahn wird derart geführt, daß sie im Be reich eines Nachweiskopfes der Vorrichtung die Walze umschlingt. Der Nachweiskopf ist verschiebbar an zwei in einem festen Abstand zur Walze angeordneten und sich senkrecht zur Bahnlaufrichtung erstreckenden Führungsstangen angebracht. Ein Wirbelstromdetektor zur Bestimmung der Entfernung zwischen Nachweiskopf und Oberfläche der Walze dient dazu, Ungleichförmigkeiten der Walze zu detektieren, um den auf opti schem Wege ermittelten Abstand zwischen Nachweiskopf und Oberfläche der Bahn gegebenenfalls korrigieren zu können.

Es ist das der Erfindung zugrundeliegende Problem (Aufgabe), eine Vor richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die möglichst vielseitig einsetzbar ist und es bei einfachem Aufbau ermöglicht, die gewünschten Eigenschaften der Materialbahn mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, ohne dabei die Materialbahn zu beschädigen, und die insbesondere zum Bestimmen der Dicke einer Papierbahn in einer Papiermaschine verwend bar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, daß der Sensor an einem zumindest nähe rungsweise in einer Ebene verlaufenden Abschnitt der Materialbahn der art einsetzbar ist, daß der Verlauf der Materialbahn durch das Unterteil im wesentlichen unbeeinflußt ist.

Die Erfindung ermöglicht es, die Eigenschaften der Materialbahn unab hängig von der Lage von zur Umlenkung der Materialbahn dienenden Wal zen oder anderen den Verlauf der Materialbahn beeinflussenden Einrich tungen zu bestimmen. Der erfindungsgemäße Sensor kann dabei prinzipi ell an einer beliebigen Stelle z. B. einer Papiermaschine eingesetzt werden, beispielsweise in einem freien Zug der Papierbahn zwischen zwei Umlenk- oder Leitwalzen. Die Gefahr von Beschädigungen der Materialbahn ist mi nimal, da das Unterteil lediglich derart in Kontakt mit der Material ge bracht zu werden braucht, daß zwischen dem Unterteil und der Material bahn kein Zwischenraum vorhanden ist. Hohe Beanspruchungen der Materialbahn, wie sie durch Umlenkeinrichtungen hervorgerufen werden können, lassen sich erfindungsgemäß somit vermeiden. Die erfindungs gemäße Vorrichtung kann daher auch in Verbindung mit sehr dünnen Papierbahnen, beispielsweise ULWC-Rohpapier oder Papier für Telefonbü cher, eingesetzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Unter teil strömungstechnisch derart geformt, daß die Materialbahn und das Unterteil gegeneinander drückende Druckverhältnisse herstellbar sind. Hierdurch können Luftströmungen, die durch Mitreißen von Luft durch die laufende Materialbahn erzeugt werden, dazu genutzt werden, einen dauerhaften Kontakt zwischen dem Unterteil und der Materialbahn herzu stellen. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, eine Luftströmung mittels eines Gebläses zu erzeugen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Unterteil derart geformt, daß eine das Unterteil in Richtung der Ma terialbahn bewegende Auftriebskraft erzeugbar ist.

Das Unterteil kann dabei beispielsweise nach Art einer Tragfläche geformt sein, wodurch im Bereich der Kontaktfläche herrschende Luftströmungen automatisch für den Kontakt zwischen dem Unterteil und der Material bahn sorgen. In dieser Ausführungsform werden Mittel zur Herstellung des Kontakts zwischen Unterteil und Materialbahn somit durch das Un terteil selbst gebildet.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Unterteil zumindest in Laufrichtung der Materialbahn hinter der Kontaktfläche einen zurückspringenden Bereich auf.

Ein derartiger zurückspringender Bereich kann beispielsweise durch das Vorsehen einer Stufe in der der Materialbahn zugewandten Seite des Un terteils gebildet werden, wobei die Stufe den Übergang zwischen dem zu rückspringenden, von der Materialbahn beabstandeten Bereich und der die Materialbahn berührenden Kontaktfläche des Unterteils bildet. Durch entsprechende Formgebung des Unterteils kann hierbei erreicht werden, daß im zurückspringenden Bereich ein Unterdruck herrscht, der die Ma terialbahn in Richtung des Unterteils und somit an die Kontaktfläche des Unterteils zieht. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, z. B. mittels einer geeigneten Vakuumquelle an den zurückspringenden Bereich des Unter teils einen Unterdruck anzulegen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Oberteil über ein Luftkissen an der Materialbahn abstützbar.

Durch eine derartige Luftlagerung des Oberteils kann auf das Vorsehen aufwendiger Halterungen, die das Oberteil in der gewünschten Entfernung zur Materialbahn halten, verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil der Ab stützung über ein Luftkissen besteht darin, daß der Abstand des Oberteils von der Materialbahn im wesentlichen konstant bleibt, was mit starren Halterungen, die Bewegungen der Materialbahn nicht folgen können, nur mit unvertretbar großem Aufwand möglich wäre. Des weiteren ermöglicht es die Luftlagerung, das Oberteil stets berührungsfrei mit einem minima len Abstand von der Materialbahn anzuordnen, was sich positiv auf die Qualität und die Genauigkeit der Messung der Entfernung zur Kontaktflä che des Unterteils auswirkt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Oberteil zum Messen der Entfernung zu der dem Oberteil zuge wandten Oberfläche der Materialbahn ein optisches System und zum Messen der Entfernung zu der die Materialbahn berührenden Kontaktflä che des Unterteils ein magnetisches System auf. Bevorzugt umfaßt das optische System einen Laser als Sendeeinrichtung und eine CCD-Kamera als Empfangseinrichtung, während das magnetische System als Wirbel stromsensor z. B. mit wenigstens einer Spulenanordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ausgebildet sein kann. Eine derartige Ausführung des Oberteils des erfindungsgemäßen Sensors zur berührungslosen Messung sowohl der Entfernung zur Oberfläche der Materialbahn als auch zur Kontaktfläche des Unterteils ermöglicht eine sichere Bestimmung der Dic ke der Materialbahn mit hoher Genauigkeit.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den An sprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a eine schematische Seitenansicht eines Sensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 1b eine schematische Ansicht des Sensors von Fig. 1a von unten, und

Fig. 2-6 weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Sensors jeweils in einer schematischen Seitenansicht.

In der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1a und Fig. 1b ist der ein Oberteil 12 und ein Unterteil 14 umfassende erfindungsgemäße Sen sor im Bereich eines in einer Ebene verlaufenden Abschnitts einer in Pfeil richtung laufenden Papierbahn 10 angeordnet, deren Dicke d gemessen werden soll. Der Sensor kann grundsätzlich an einer beliebigen Stelle ei ner zur Herstellung der Papierbahn 10 dienenden Papiermaschine ange ordnet werden.

Das Unterteil 14 ist an einem sich schräg zur Bahnebene erstreckenden Tragarm 28 angebracht. Dabei ist das Unterteil 14 in Kontakt mit der Pa pierbahn 10 derart vorgespannt, daß eine Kontaktfläche 18 des Unterteils 14 zumindest während der Messung in dauerhaftem Kontakt mit der Pa pierbahn 10 gehalten wird. Die Vorspannung bzw. der Anpreßdruck für das Unterteil 14 kann beispielsweise durch ein in Fig. 1a nur schematisch angedeutetes elastisches Element 29 z. B. in Form einer Schraubenfeder erzeugt werden, das sich an seiner vom Unterteil 14 abgewandten Seite an einem Träger 27 abstützt, mit dem auch der Tragarm 28 in Verbindung steht. Es ist auch möglich, auf das elastische Element 29 zu verzichten und den Tragarm 28 zur Erzeugung des Anpreßdrucks federnd zu lagern oder einen starren Tragarm 28 vorzusehen und an diesem das Unterteil 14 federnd zu lagern.

Das Unterteil 14 gemäß Fig. 1a ist strömungstechnisch derart geformt, daß die Strömung, die durch die Luft hervorgerufen wird, welche von der sich in Fig. 1a nach links bewegenden Papierbahn 10 mitgerissen wird, eine Auftriebskraft für das Unterteil 14 erzeugt, welche das Unterteil 14 in Richtung der Papierbahn 10 bewegt. Hierzu kann das Unterteil 14 nach Art eines Tragflügels geformt sein, wie es in der schematischen Darstel lung von Fig. 1a angedeutet ist. Mittel, die für den dauerhaften Kontakt zwischen dem Unterteil 14 und der Papierbahn 10 sorgen, werden hierbei somit durch das Unterteil 14 selbst gebildet, das automatisch für seinen dauerhaften Kontakt mit der Papierbahn 10 sorgt. Die Wirkung einer der artigen aerodynamischen Ausbildung des Sensorunterteils 14 kann durch die vorstehend erwähnten elastischen Lagerungen des Tragarms 28 bzw. des Unterteils 14 und/oder durch das Vorsehen des elastischen Elemen tes 29 unterstützt werden.

Grundsätzlich kann sich das Unterteil 14 über die gesamte Breite der Pa pierbahn 10 erstrecken, so daß es nicht erforderlich ist, das Unterteil 14 quer zur Papierbahn 10 zu verfahren, um ein vollständiges Querprofil der Papierbahn 10 aufzunehmen. Wie aus der Darstellung von Fig. 1b hervor geht, ist das Unterteil 14 in Form eines schmalen Anpreßschuhs vorgese hen, der sich nicht über die gesamte Breite der Papierbahn 10 erstreckt.

Zumindest der mit der Papierbahn 10 in Berührung stehende, die Kon taktfläche 18 aufweisende Abschnitt des Unterteils 14 ist aus einem elek trisch leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Ferrit, hergestellt.

Das Oberteil 12 weist ein optisches System 30, 32 und ein magnetisches System 34 auf, die zu einer im folgenden als Meßkopf 36 bezeichneten Einheit zusammengefaßt sind und in nachstehend näher erläuterter Weise dazu dienen, berührungslos die Entfernung zwischen dem Oberteil 12 und der dem Oberteil 12 zugewandten Oberfläche 11 der Papierbahn 10 bzw. zwischen dem Oberteil 12 und der Kontaktfläche 18 des Unterteils 14 zu messen.

Mittels eines nicht dargestellten Druckluftsystems wird zwischen dem Oberteil 12 und der Papierbahn 10 ein Luftkissen erzeugt, über welches sich das Oberteil 12 an der Papierbahn 10 abstützt. Das auf diese Weise luftgelagerte Oberteil 12 ist relativ zu einem Rahmen 38 bewegbar, der senkrecht zur Ebene der Papierbahn 10 verlaufende Seitenelemente 37 aufweist, entlang welchen der Meßkopf 36 über Führungselemente 39 geführt ist.

Die Herstellung des Luftkissens kann beispielsweise über in der der Pa pierbahn 10 zugewandten Unterseite des Meßkopfes 36 ausgebildete Luft düsen erfolgen, die mit einem mittels einer Druckluftquelle unter Druck gesetzten Druckraum kommunizieren. Es kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, mit welcher der Abstand zwischen dem Meßkopf 36 und der Papierbahn 10 eingestellt werden kann. Die Luftlagerung des Meß kopfs 36 des Oberteils 12 ermöglicht es, den Abstand zur Papierbahn 10 in Abhängigkeit von den verwendeten Systemen zur Entfernungsbestim mung optimal einzustellen. Vorzugsweise wird ein Abstand von etwa 200 µm gewählt.

Das optische System des Oberteils 12 umfaßt einen Laser 30 als Licht sender und eine CCD-Kamera 32 als Lichtempfänger. Vom Laser 30 aus gesandtes Licht wird an der dem Oberteil 12 zugewandten Oberfläche 11 der Papierbahn 10 reflektiert und mittels der CCD-Kamera 32 nachgewie sen. In Abhängigkeit von der Entfernung zwischen Meßkopf 36 und Pa pierbahn 10 ändert sich die Lage der Auftreffstelle des Sendestrahls 31 auf der Oberfläche 11 und somit auch die Lage der Auftreffstelle des Empfangsstrahls 33 auf dem Sensor-Array der CCD-Kamera 32. Bei Ver wendung einer hochauflösenden Kamera 32 können Änderungen des Ab stands zwischen Meßkopf 36 und Papierbahn 10 mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

Alternativ kann die Messung der Entfernung zur Papierbahn 10 auch auf andere Weise optisch ermittelt werden. Die CCD-Kamera 32 oder ein an derer lichtempfindlicher Detektor mit einer entsprechenden Ortsauflösung kann dazu verwendet werden, die ein Maß für den Abstand darstellende Größe eines Lichtflecks auf der Oberfläche 11 der Papierbahn 10 zu be stimmen, der durch einen beispielsweise stark fokussierten Licht- bzw. Laserstrahl erzeugt wird. Möglich sind auch Laserinterferenzverfahren oder Triangulationsverfahren, beispielsweise mittels Laserstrahlen, mit denen eine Auflösung von etwa 0,1 µm erzielbar ist. Es ist auch möglich, die Entfernung zur Papierbahn 10 durch Bestimmen der Laufzeit von z. B. Lichtstrahlen oder Mikrowellen, die von einem Sender abgestrahlt und nach Reflexion an der Papierbahn 10 von einem Empfänger nachgewiesen werden, zu messen.

Zur berührungslosen Messung der Entfernung zwischen dem Meßkopf 36 des Oberteils 12 und der Kontaktfläche 18 des Unterteils 14 umfaßt das magnetische System des Meßkopfs 36 eine Spulenanordnung 34 (z. B. LVDT). Mit dieser Spulenanordnung 34 können in dem die Unterseite der Papierbahn 10 über die Kontaktfläche 18 berührenden Abschnitt des Un terteils 14 Wirbelströme erzeugt werden. Der entfernungsabhängige Ein fluß des wiederum durch die Wirbelströme hervorgerufenen Magnetfeldes auf die Spulenanordnung 34 wird mit einer nicht dargestellten Nachweis einrichtung gemessen.

Eine Auswerteeinheit (nicht gezeigt) des erfindungsgemäßen Sensors be rechnet die Differenz aus der mittels des optischen Systems 30, 32 be stimmten Entfernung zur Oberfläche 11 der Papierbahn 10 und der mit tels des magnetischen Systems 34 ermittelten Entfernung zur Kontaktflä che 18 des Unterteils 14.

Da durch die Erfindung sichergestellt ist, daß das Unterteil 14 in dauer haftem Kontakt mit der Unterseite der Papierbahn 10 gehalten wird, ergibt die berechnete Differenz der Entfernungen die Dicke d der Papierbahn 10. Die Erfindung ermöglicht es, die Dicke d der Papierbahn 10 mit einer Auflösung von deutlich unterhalb 1 µm zu bestimmen.

Fig. 1b ist zu entnehmen, daß das Unterteil 14 als schmaler Anpreßschuh mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist. Zu erkennen sind außerdem der Laser 30, die CCD-Kamera 32 und die Spulenanordnung 34. Im Un terteil ist ein Ausschnitt 15 mit etwa parabelförmigem Umriß ausgebildet, oberhalb welchem die CCD-Kamera 32 angeordnet ist. Der Ausschnitt 15 kann zur Herstellung eines Unterdrucks dienen, wie es nachstehend in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird.

Die Fig. 2-6 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung, die sich im wesentlichen durch die Ausbildung des Unterteils 14 bzw. durch die Art und Weise der Herstellung des dauerhaften Kontakts zwischen dem Unterteil 14 und der Papierbahn 10 unterscheiden. Von dem Oberteil 12 sind jeweils lediglich eine Spulenanordnung 34 eines magnetischen Sy stems zur Bestimmung der Entfernung zwischen Oberteil 12 und Kon taktfläche 18 des jeweiligen Unterteils 14 sowie ein Laser 30 und eine CCD-Kamera 32 eines optischen Systems zur Bestimmung der Entfernung zwischen Oberteil 12 und Oberfläche 11 der Papierbahn 10 dargestellt. Das Oberteil 12 ist in den Ausführungsformen gemäß Fig. 2-6 jeweils mittels eines Luftkissens an der Papierbahn 10 abstützbar, wie vorste hend in Verbindung mit Fig. 1a und Fig. 1b beschrieben wurde. Grund sätzlich sind bei allen Ausführungsformen der Erfindung anstelle einer derartigen Luftlagerung beliebige Arten der Halterung des Oberteils 12 in dem jeweils gewünschten Abstand von der Papierbahn 10 möglich.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist das Unterteil 14 mit einem zurückspringenden Bereich 20 derart versehen, daß das Unterteil 14 eine Stufe 25 aufweist und zwischen der Papierbahn 10 und dem Unterteil 14 ein Zwischenraum 21 vorhanden ist. Der zurückspringende Bereich 20 ist in der durch die Pfeile angedeuteten Bahnlaufrichtung hinter dem senk recht unterhalb der Spule 34 befindlichen Bereich der Kontaktfläche 18 gelegen. Durch entsprechende Formgebung des Unterteils 14 kann dafür gesorgt werden, daß aufgrund der sich bewegenden Papierbahn 10 in dem Zwischenraum 21 ein Unterdruck entsteht, wodurch die Papierbahn 10 gegen die Kontaktfläche 18 des Unterteils 14 gezogen wird. Auf diese Wei se ist ein dauerhafter Kontakt zwischen der Papierbahn 10 und dem Un terteil 14 sichergestellt.

Im rechten Teil von Fig. 2 ist in einer schematischen Ansicht entspre chend Fig. 1b des erfindungsgemäßen Sensors die relative Lage des Zwi schenraumes 21 des Unterteils 14 sowie des Lasers 30 und der Spulenan ordnung 34 des Oberteils 12 erkennbar.

In der Ausführungsform von Fig. 3, in der zusätzlich eine vor der CCD- Kamera 32 angeordnete Empfangsoptik 35 angedeutet ist, weist das Un terteil 14 eine Basisfläche 15 auf, die von der Unterseite der Papierbahn 10 beabstandet ist und etwa parallel zur Ebene der Papierbahn 10 ver läuft. Auf der Basisfläche 15 ist eine die Kontaktfläche 18 des Unterteils 14 bildende abgerundete Erhebung 22 ausgebildet, welche die Papierbahn 10 unterhalb der Spulenanordnung 34 berührt. Der dauerhafte Kontakt zwischen der Erhebung 22 und der Papierbahn 10 kann beispielsweise durch entsprechende aerodynamische Formgebung der Erhebung 22 und/oder der umgebenden Bereiche des Unterteils 14 erfolgen. Es kann auch eine elastische oder federnde Lagerung des Unterteils 14 vorgesehen sein, wie sie anhand von Fig. 1a erläutert wurde. Alternativ könnten auch Mittel vorgesehen sein, welche die Papierbahn 10 von oben gegen das Un terteil 14 blasen oder die Papierbahn 10 von unten ansaugen, um den dauerhaften Kontakt zwischen Papierbahn 10 und Unterteil 14 sicherzu stellen. Derartige Blas- bzw. Saugmittel können grundsätzlich bei jeder Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein. Die Erhebung 22 kann nach Art einer Bodenwelle ausgebildet sein und sich über die gesamte Breite der Papierbahn 10 erstrecken. Es ist auch möglich, eine oder meh rere noppenartige Erhebungen 22 vorzusehen und diese beispielsweise über die gesamte Breite der Papierbahn 10 verteilt anzuordnen.

Auch in der Ausführungsform von Fig. 4 weist das Unterteil 14 eine sich mit Abstand parallel zur Papierbahn 10 erstreckende Basisfläche 15 auf. In einem Aufnahmeraum 23 des Unterteils 14 ist eine die Kontaktfläche 18 bildende Walze 24 frei drehbar gelagert, die sich über die gesamte Breite der Papierbahn 10 erstreckt. Der Radius der Walze 24 ist klein im Vergleich zur Länge des im Bereich der Walze 24 in einer Ebene verlau fenden Abschnitts der Papierbahn 10. Die Walze 24 wird z. B. mittels einer federnden Lagerung mit einem geringen Anpreßdruck gegen die Unterseite der Papierbahn 10 gedrückt, um auf diese Weise einen dauerhaften Kon takt zwischen der Papierbahn 10 und dem Unterteil 14 zu gewährleisten.

In der Ausführungsform von Fig. 5 ist als Unterteil 14 des erfindungsge mäßen Sensors ein die Kontaktfläche 18 bildender Bügel 26 mit einem sich senkrecht zur Laufrichtung der Papierbahn 10 erstreckenden stabförmigen Abschnitt vorgesehen, dessen Radius klein gegenüber der Länge des sich im Bereich des Bügels 26 in einer Ebene erstreckenden Abschnitts der Papierbahn 10 ist. Der Bügel 26 kann zur Glättung der Papierbahn 10 dienen und zu diesem Zweck gegen die Unterseite der Pa pierbahn 10 gedrückt werden. Mit einem derartigen Bügel 26 steht in der Papiermaschine ein Mittel zur Verfügung, dessen dauerhafter Kontakt mit der Papierbahn 10 gewährleistet und das somit als Unterteil 14 des erfin dungsgemäßen Sensors optimal geeignet ist.

Fig. 6, in der wiederum eine Empfangsoptik 35 für die CCD-Kamera 32 des luftgelagerten Oberteils 12 dargestellt ist, zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in der eine Leit- oder Umlenkwalze 40 für die Papierbahn 10 als Unterteil 14 des erfindungsgemäßen Sensors dient und mit ihrer Oberfläche die Kontaktfläche 18 bildet. Da die Papierbahn 10 derart ge führt ist, daß sie die Walze 40 teilweise umschlingt, ist ein dauerhafter Kontakt zwischen der Papierbahn 10 und der als Unterteil 14 dienenden Walze 40 gewährleistet.

Die Erfindung gestattet eine einseitig traversierende Messung, bei der das Oberteil 12 quer zur Bahnlaufrichtung verfahren wird. Das Unterteil 14 ist hierbei als feststehendes Bauteil ausgebildet, das eine sich über die ge samte Breite der Papierbahn 10 oder zumindest über den gewünschten Meßweg erstreckende, in dauerhaftem Kontakt mit der Unterseite der Pa pierbahn 10 gehaltene Kontaktfläche 18 bereitstellt. Umgekehrt kann auch mit einem verfahrbaren Unterteil 14 eine einseitig traversierende Messung durchgeführt werden.

Es ist auch eine beidseitig traversierende Messung möglich, bei der bei spielsweise ein Meßrahmen, an dem das Oberteil 12 und das Unterteil 14 angebracht sind, quer zur Laufrichtung der Papierbahn 10 verfahren wird. Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung von Querprofilen der Papierbahn 10 hinsichtlich der jeweils zu bestimmenden Eigenschaften bestünde darin, eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Sensoren mit jeweils einem Oberteil 12 und einem Unterteil 14 vorzusehen und jeweils stationär an über die Breite der Papierbahn 10 verteilten Meßstellen anzuordnen.

Des weiteren ist es möglich, am Oberteil 12 des erfindungsgemäßen Sen sors mehrere optische Systeme vorzusehen, um die Auflösung und die Genauigkeit der Messung zu verbessern. Beispielsweise könnten mehrere, in zeitlich aufeinander abgestimmter Weise betriebene Laser 30 derart an geordnet werden, daß die Sendestrahlen 31 aus unterschiedlichen Rich tungen kommend an der Oberfläche 11 der Papierbahn 10 reflektiert wer den, so daß für jede Entfernung zwischen Oberteil 12 und Papierbahn 10 mehrere Meßwerte vorliegen. Der Nachweis einer Vielzahl von Empfangs strahlen kann dabei durch eine einzige gemeinsame CCD-Kamera erfol gen. Prinzipiell können mit dem erfindungsgemäßen Sensor auch ver schiedene optische Verfahren zur Entfernungsmessung miteinander kom biniert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht nur zum Messen der Dicke von Papierbahnen - oder allgemein von aus einem beliebigen Material be stehenden bahnförmigen Gegenständen - geeignet, sondern es lassen sich aufgrund der mit der Erfindung erzielbaren hohen Meßgenauigkeit auch andere Eigenschaften von Materialbahnen wie beispielsweise deren Ober flächenrauhigkeit bestimmen.

Des weiteren kann die Erfindung auch zusammen mit anderen Meßein richtungen, die z. B. zur Bestimmung von Flächengewichten dienen, einge setzt werden, um zur Reduzierung von Meßfehlern dieser Meßeinrichtun gen die jeweilige Materialbahn betreffende zusätzliche Daten zu liefern.

Bezugszeichenliste

10

Materialbahn, Papierbahn

11

Oberfläche der Material- bzw. Papierbahn

12

Oberteil

14

Unterteil

15

Basisfläche

18

Kontaktfläche

20

zurückspringender Bereich

21

Zwischenraum

22

Erhebung

23

Aufnahmeraum

24

Walze

25

Stufe

26

Bügel

27

Träger

28

Tragarm.

29

elastisches Element

30

Laser

31

Sendestrahl

32

CCD-Kamera

33

Empfangsstrahl

34

Spulenanordnung

35

Empfangsoptik

36

Meßkopf

37

Seitenteile

38

Rahmen

39

Führungselemente

40

Walze
d Dicke der Material- bzw. Papierbahn

Claims

1. Vorrichtung zum Bestimmen von Eigenschaften, insbesondere der Dicke, einer laufenden Materialbahn (10), insbesondere einer Pa pierbahn in einer Papiermaschine, mit wenigstens einem Sensor, der ein auf der einen Seite der Materialbahn (10) mit Abstand zur Materialbahn (10) positionierbares Oberteil (12) sowie ein auf der anderen Seite der Materialbahn (10) in Kontakt mit der Material bahn (10) positionierbares Unterteil (14) umfaßt, wobei das Oberteil (12) zum berührungslosen Messen der Entfernung zu der dem Oberteil (12) zugewandten Oberfläche (11) der Materialbahn (10) so wie gleichzeitig der Entfernung zu einer die Materialbahn (10) be rührenden Kontaktfläche (18) des Unterteils (14) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor an einem zumindest näherungsweise in einer Ebene verlaufenden Abschnitt der Materialbahn (10) derart einsetzbar ist, daß der Verlauf der Materialbahn (10) durch das Unterteil (14) im wesentlichen unbeeinflußt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (14) strömungstechnisch derart geformt ist, daß die Materialbahn (10) und das Unterteil (14) gegeneinander drüc kende Druckverhältnisse herstellbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (14) derart geformt ist, daß eine das Unterteil (14) in Richtung der Materialbahn (10) bewegende Auftriebskraft erzeug bar ist.

4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (14) zur Erzeugung eines die Materialbahn (10) gegen das Unterteil (14) ziehenden Unterdrucks ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (14) zumindest in Laufrichtung der Materialbahn (10) hinter der Kontaktfläche (18) einen zurückspringenden Bereich (20) aufweist und insbesondere mit einer Stufe (25) versehen ist.

6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (14) bevorzugt auf einer zumindest im Bereich der Kontaktfläche (18) etwa parallel zur Materialbahn (10) verlaufenden Basisfläche (15) wenigstens eine die Kontaktfläche (18) bildende Er hebung (22) aufweist.

7. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (14) als insbesondere freilaufende Walze (24) aus gebildet ist, wobei vorzugsweise der Radius der Walze (24) im Ver gleich zur Länge des ebenen Materialbahnabschnitts klein ist.

8. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterteil (14) ein insbesondere zur Glättung der Material bahn (10) dienender Bügel (26) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der Durchmesser des Bügels (26) im Vergleich zur Länge des ebenen Materialbahnabschnitts klein ist.

9. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (14) in Richtung der Materialbahn (10) vorspann bar ist.

10. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (14) an einem elastisch verformbaren und/oder federnd gelagerten Tragarm (28) angebracht ist, der bevorzugt schräg zur Ebene der Materialbahn (10) verläuft.

11. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die zum Anblasen und/oder zum An saugen der Materialbahn (10) an das Unterteil (14) ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (12) über ein Luftkissen an der Materialbahn (10) abstützbar ist.

13. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (12) zum Messen der Entfernung zu der dem Oberteil (12) zugewandten Oberfläche (11) der Materialbahn (10) ein optisches System (30, 32) aufweist.

14. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (30, 32) zur Durchführung eines Triangu lationsverfahrens insbesondere mittels wenigstens eines Lasers (30) ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (30, 32) zur Bestimmung der Lage einer Auftreffstelle eines Lichtstrahls (31) auf der Oberfläche (11) der Ma terialbahn (10) ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (30, 32) zur Bestimmung der Größe eines von einem Lichtstrahl (31) auf der Oberfläche (11) der Materialbahn (10) gebildeten Lichtflecks ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (30, 32) zur Laserinterferenzmessung aus gebildet ist.

18. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfangseinrichtung des optischen Systems (30, 32) eine CCD-Kamera (32) vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (12) zum Messen der Entfernung zu der dem Oberteil (12) zugewandten Oberfläche (11) der Materialbahn (10) durch Bestimmen der Laufzeit von insbesondere elektromagneti schen Wellen ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (12) zum Messen der Entfernung zu der die Ma terialbahn (10) berührenden Kontaktfläche (18) des Unterteils (14) ein magnetisches System (34), insbesondere einen Wirbelstromsen sor, aufweist.

21. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (12) zur Durchführung eines kombinierten, mehre re gleichartige oder unterschiedliche Einzelverfahren umfassenden Verfahrens zur Entfernungsmessung ausgebildet ist, wobei bevor zugt mehrere und insbesondere Licht in unterschiedliche Richtun gen relativ zur Ebene der Materialbahn (10) abstrahlende Sendeein richtungen, insbesondere Laser, und eine gemeinsame Empfangs einrichtung, insbesondere eine CCD-Kamera, vorgesehen sind.

22. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere insbesondere ortsfeste Sensoren vorgesehen sind, die über die Breite der Materialbahn (10) verteilt angeordnet sind.

23. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (12) und/oder das Unterteil (14) quer zur Lauf richtung der Materialbahn (10) verfahrbar sind.

24. Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil über ein Luftkissen an der Materialbahn abstütz bar ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24 mit den Merkmalen des kennzeich nenden Teils zumindest eines der Ansprüche 1 bis 23.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterteil eine Leit- oder Umlenkwalze (40) für die Material bahn (10) vorgesehen ist.

27. Verwendung einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche in ei ner Papiermaschine zum Bestimmen von Eigenschaften, insbeson dere der Dicke, einer laufenden Papierbahn.