-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen des Vorhandenseins mindestens eines Längsschnitts einer Materialbahn und/oder dessen Position.
-
Hintergrund
-
Bei der Produktion von als Materialbahnen hergestellten Erzeugnissen, insbesondere auch bei Papierverklebungen wie beispielsweise Wellpappenverklebungen, ist eine Beobachtung und/oder automatisierte Qualitätssicherung von hoher Bedeutung, um eine ausreichende Produktgüte sicherzustellen.
-
Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, welche CCD Kameras zur Erfassung von Schnittkanten der Materialbahn oder zur Positionsbestimmung der Materialbahn verwenden. Die Kenntnis der exakten Position ist beispielsweise für bestimmte nachgelagerte Bearbeitungsschritte von Bedeutung.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine verbesserte Vorrichtung zur Erfassung von Materialbahneigenschaften, insbesondere zur Erfassung von Längsschnitten und/oder Rillen, insbesondere deren Position in einer Materialbahn, bereitzustellen.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen des Vorhandenseins mindestens eines Längsschnitts einer Materialbahn und/oder dessen Position gemäß Schutzanspruch 1.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen des Vorhandenseins mindestens eines Längsschnitts einer Materialbahn und/oder dessen Position, insbesondere zum Erfassen des Vorhandenseins mindestens eines Längsschnitts einer Wellpappenbahn und/oder dessen Position, umfasst eine Messeinrichtung und eine Auswerteeinrichtung. Die Messeinrichtung ermittelt eine Temperatur (T) der Materialbahn und/oder deren Umgebung ortsaufgelöst. Weiterhin übergibt die Messeinrichtung die ermittelten Orts- und Temperaturdaten an eine Auswerteeinrichtung. Die Auswerteeinrichtung bestimmt aus den so ermittelten Daten das Vorhandensein eines Temperaturmaximums Ts und/oder die Position (xs) des Temperaturmaximums Ts und stellt diese als Vorhandensein des mindestens einen Längsschnitt der Materialbahn und/oder. dessen Position (xs) zur Ausgabe bereit.
-
In Ausgestaltungen kann die Vorrichtung ausgelegt sein, das Vorhandensein von Rillungen der Materialbahn und/oder deren Positionen sowie das Vorhandensein von Seitenkanten der Materialbahn und/oder dessen Positionen zu erfassen.
-
In Ausgestaltungen, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Auswerteeinrichtung aus den ermittelten Daten das Vorhandensein einer Rillungstemperatur Tr und/oder eine oder mehrere Positionen (xr1 - xri) der Rillungstemperatur Tr bestimmen und als Vorhandensein einer oder mehrerer Rillungen der Materialbahn und/oder als deren jeweilige Position (xr1 - xri) zur Ausgabe bereitstellt, wobei die Rillungstemperatur Tr zwischen einer entlang einer Materialbahnbreite durchschnittlichen Materialbahntemperatur Tm und dem Temperaturmaximum Ts liegt.
-
In Ausgestaltungen, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Auswerteeinrichtung aus den ermittelten Daten das Vorhandensein eines Temperaturminimums Tk und/oder eine oder mehrere Positionen (xk1 - xk2) des Temperaturminimums Tk bestimmen und als das Vorhandensein einer oder mehrerer Seitenkanten der Materialbahn und/oder als deren jeweilige Positionen (xk1 - xk2) zur Ausgabe bereitstellen.
-
In Ausgestaltungen, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Vorrichtung die Temperatur der Materialbahn kontinuierlich erfassen, wenn diese in Förderrichtung transportiert wird, um das Vorhandensein und/oder die Position (xs) eines sich im Wesentlichen in Förderrichtung erstreckenden Längsschnitts der Materialbahn zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung die Temperatur der Materialbahn kontinuierlich erfassen, wenn diese in Förderrichtung transportiert wird, um das Vorhandensein und/oder Positionen (xr1 - xri) von sich im Wesentlichen in Förderrichtung erstreckenden Rillungen der Materialbahn zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung die Temperatur der Materialbahn kontinuierlich erfassen, wenn diese in Förderrichtung transportiert wird, um das Vorhandensein und/oder Positionen (xk1 - xk2) von sich im Wesentlichen in Förderrichtung erstreckenden Seitenkanten der Materialbahn zu bestimmen.
-
In Ausgestaltungen, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Messeinrichtung einen Sensor zur berührungslosen Ermittlung der Temperatur (T) umfassen.
-
In Ausgestaltungen, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Messeinrichtung einen bewegbaren, vorzugsweise drehbaren oder schwenkbaren, Infrarotsensor zur berührungslosen Ermittlung der Temperatur (T) umfassen.
-
In Ausgestaltungen, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Messeinrichtung eine bewegbare Optik, vorzugsweise eine dreh- und/oder schwenkbare Spiegeloptik umfassen. Zusätzlich kann die bewegbare Optik eine Vorrichtung zur Änderung ihrer Brennweite umfassen.
-
In Ausgestaltungen, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Messeinrichtung eine Mehrzahl von Infrarotsensoren, insbesondere eine Reihenanordnung oder eine Matrixanordnung von Infrarotsensoren umfassen.
-
In Ausgestaltungen, die der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann zumindest einer der Infrarotsensoren auf eine Oberseite der Materialbahn gerichtet sein bzw. diese erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest einer der Infrarotsensoren auf eine Unterseite der Materialbahn gerichtet sein bzw. diese erfassen.
-
In Ausgestaltungen, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Auswerteeinrichtung die Positionsdaten an eine Steuereinrichtung übergeben. Hierbei kann die Steuereinrichtung auf Grundlage der ermittelten Position (xs) des mindestens einen Längsschnitts und/oder der ermittelten Positionen (xr1 - xri) der Rillungen und/oder der ermittelten Positionen (xk1 - xk2) der Seitenkanten den Betrieb von der Messeinrichtung vor und/oder nachgelagerten Einrichtungen zur Behandlung der Materialbahn, insbesondere den Betrieb einer Längsschneideeinrichtung und/oder Rillereinrichtung, steuern.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wellpappenanlage mit einer Längsschneideinrichtung und/oder Rillereinrichtung und einer in Förderrichtung danach angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen des Vorhandenseins und/oder der Position mindestens eines Längsschnitts;
- 2a zeigt eine schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Zeilenabtastung einer Materialbahn;
- 2b zeigt ein Temperaturprofil T(x) in Abhängigkeit der Messposition (x), welches durch die in 2a dargestellte Vorrichtung in einer Zeilenabtastung einer Materialbahn gemessen wurde.
-
Ausführliche Beschreibung
-
Im Folgenden werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 beschrieben.
-
In der 1 ist eine Wellpappenanlage allgemein mit 1 bezeichnet. Eine mittig in Längsrichtung (Förderrichtung 142) geschnittene Materialbahn 100 wird von einer Längsschneideeinrichtung und/oder Rillereinrichtung 2 kommend in Förderrichtung 142 durch Walzen 4 transportiert. In den beispielhaften Darstellungen der Figuren ist die Materialbahn 100 eine Wellpappenbahn 100. Der Aufbau einer Wellpappenbahn 100 ist hinlänglich bekannt. Dem Verständnis halber sind Rillungen 120 der Wellpappenbahn 100 in 1 schematisch durch Strichlinien mit Bezugszeichen 120 angedeutet. Weiterhin zu erkennen ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Erfassen des Vorhandenseins und/oder der Position eines Längsschnitts 110 der Materialbahn 100, die in Förderrichtung 142 hinter der Längsschneideeinrichtung und/oder Rillereinrichtung 2 angeordnet ist. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Messeinrichtung 20 und eine Auswerteeinrichtung 30. Durch den Längsschnitt 110 ist die Materialbahn 100 in zwei Materialbahnteile 100a und 100b getrennt. Beispielhaft erfasst die dargestellte Vorrichtung 10 eine Oberseite 146a der Materialbahn 100. In alternativen Ausgestaltungen kann die Vorrichtung 10 zusätzlich oder alternativ auch eine Unterseite 146b der Materialbahn 100, die der Oberseite 146a in Richtung 146 der Materialbahndicke gegenüberliegt, erfassen. Alternativ oder zusätzlich zum Einsatz in einer Wellpappenanlage, kann die Vorrichtung 10 auch in einem Weiterverarbeitungsschritt von Wellpappe zum Detektieren von Längsschnitten, Längsrillungen und/oder Längskanten analog eingesetzt werden. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Materialbahn 100 nur einen Längsschnitt 110. In alternativen Ausführungen kann die Materialbahn 100 aber auch mehrere Längsschnitte 110 umfassen. Im Folgenden wird die Vorrichtung 10 anhand eines Beispiels mit nur einem Längsschnitt 110 erläutert, obgleich die Vorrichtung 10 auch ausgelegt ist auch mehrere Längsschnitte 110 zu erfassen.
-
Die Messeinrichtung 20 ist in einer vorbestimmten Entfernung von der Materialbahn 100 angeordnet. Die Entfernung ist dabei derart gewählt, dass die Messeinrichtung 20 die Oberfläche der Materialbahn 100 messtechnisch erfassen kann. Die Messeinrichtung 20 ist dabei ausgelegt, die Materialbahn 100 zeilenförmig in einem Messbereich M entlang einer Breite 144 der Materialbahn 100 an einer bestimmten Position in Förderrichtung 142 abzutasten. In alternativen Ausgestaltungen kann die Messeinrichtung 20 auch ausgelegt sein die Materialbahn 100 matrixförmig abzutasten.
-
Die Messeinrichtung 20 ist datentechnisch mit der Auswerteeinrichtung 30 verbunden. Die Auswerteeinrichtung 30 erhält von der Messeinrichtung 20 die im Messbereich M ermittelte Temperatur T abhängig vom dem Ort entlang der Breite 144, an welchem die Temperatur T erfasst wurde. Auf diese Art und Weise kann die Auswerteeinrichtung 30 ein Temperaturprofil T(x) für den Messbereich M der Messeinrichtung 20 erstellen. Dieses Temperaturprofil T(x) weist aufgrund des Schneidvorgangs einen Temperatursprung, insbesondere einen Temperaturanstieg bzw. ein Temperaturmaximum, zwischen den Materialbahnteilen 100a, 100b im Bereich des Längsschnitts 110 auf. Der Ort des Temperaturmaximums wird von der Auswerteeinrichtung 30 ermittelt und als Vorhandensein und/oder Position des Längsschnitts 110 ausgegeben. Weiterhin weist das Temperaturprofil T(x) einen mit geringen Temperaturausschlägen Tr behafteten, ansonsten relativ konstanten Temperaturabschnitt mit einer Temperatur Tm, im Bereich der Oberflächen der Materialbahnteile 100a, 100b auf (siehe 2b). Diese geringen Temperaturausschläge sind durch Rillungen 120 in der Materialbahnoberfläche verursacht, die in Längsrichtung 142 verlaufen. Das Vorhandensein der Temperaturausschläge Tr wird von der Auswerteeinrichtung 30 ermittelt und als Vorhandensein von entsprechenden Rillungen 120 ausgegeben. Die Orte der Temperaturausschläge Tr entlang der Materialbahnbreite 144 werden von der Auswerteeinrichtung 30 ermittelt und als Positionen (xr1 - xri) der Rillungen 120 ausgegeben. Alternativ kann die Auswerteeinrichtung 30 auch nur zur Ermittlung bzw. Ausgabe des Vorhandenseins von entsprechenden Rillungen 120 durch das Vorhandensein von Temperaturausschlägen Tr verwendet werden. Das Temperaturprofil T(x) weist zwei weitere Temperatursprünge, insbesondere zwei Temperaturabfälle bzw. Temperaturminima Tk, seitlich der Materialbahnteile 100a, 100b im Bereich der Seitenkanten 130 der Materialbahn 100 auf. Das Vorhandensein der Temperaturminima Tk wird von der Auswerteeinrichtung 30 ermittelt und als Vorhandensein von entsprechenden Seitenkanten 130 der Materialbahn 100 ausgegeben. Die Orte der Temperaturminima Tk entlang der Materialbahnbreite 144 werden von der Auswerteeinrichtung 30 ermittelt und als Positionen (xk1 - xk2) der Seitenkanten 130 ausgegeben. Alternativ kann die Auswerteeinrichtung 30 auch nur zur Ermittlung bzw. Ausgabe des Vorhandenseins von entsprechenden Seitenkanten 130 der Materialbahn 100 durch das Vorhandensein der Temperaturminima Tk verwendet werden.
-
Eine Steuereinrichtung 40 ist datentechnisch mit der Auswerteeinrichtung 30 verbunden. Die Steuereinrichtung 40 steuert vor und/oder nachgelagerten Einrichtungen zur Behandlung bzw. Bearbeitung der Materialbahn 100. Insbesondere steuert die Steuereinrichtung 40 den Betrieb der Längsschneideeinrichtung und/oder Rillereinrichtung 2. Hierbei kann die Steuereinrichtung 40 insbesondere die relative Lage der Materialbahn 100 zu einem hier nicht dargestellten Schneidorgan der Längsschneideeinrichtung und/oder zu einem hier nicht dargestellten Rillorgan der Rillereinrichtung 2 steuern, um die geplante Position des Längsschnitts 110 und/oder der Rillungen 120 einzustellen.
-
2a zeigt eine detailliertere Darstellung der erfinderischen Vorrichtung 10 aus 1 in einer schematischen Querschnittsansicht. Analoge Teile sind daher entsprechend 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen, auf deren Beschreibung hiermit ausdrücklich verwiesen sei. Gemäß 2a verläuft die Förderrichtung 142 der Materialbahn 100 senkrecht aus der Zeichenebene heraus, während die Breite 144 der Materialbahn 100 sowie die Dicke 146 der Materialbahn 100 in der Zeichenebene liegt.
-
Die Messeinrichtung 20 umfasst einen Sensor 22, insbesondere einen Infrarotsensor 22 sowie eine in dessen Strahlungsgang angeordnete bewegbare Optik 24. Die Optik 24 kann beispielsweise eine bikonvexe Sammellinse und einen schwenkbaren Spiegel umfassen (beides nicht dargestellt), so dass vom Messbereich M ausgehende Infrarotstrahlung nach Reflektion am Spiegel und nach Durchgang durch die Linse vom Sensor 22 erfasst werden kann. Die Spiegelschwenkachse kann dabei im Wesentlichen parallel zur Förderrichtung 142 verlaufen, um bei einer oszillierenden Verschwenkung des Spiegels eine zeilenförmige Erfassung der Materialbahn 100 entsprechend des Messbereichs M zu erzielen.
-
Die Messeinrichtung 20 kann bei der Temperaturerfassung auf einen beliebigen Emissionsgrad eingestellt sein. Dies kann der Emissionsgrad der Materialbahn 100, der Emissionsgrad des Längsschnitts 110 oder der Emissionsgrad der Materialbahnumgebung sein. Es ist nämlich nicht notwendig, dass die tatsächlichen Temperaturen erfasst werden, die im Messbereich M herrschen. Vielmehr genügt es, den zwischen der Materialbahn 100 und dem Längsschnitt 110 herrschenden Temperaturunterschied lediglich qualitativ zu erfassen. D. h. der tatsächliche Betrag des Temperaturunterschiedes ist nicht von Bedeutung. Es reicht die Feststellung, dass überhaupt ein gewisser Temperaturunterschied entsprechend eines der oben genannten Temperaturkriterien vorhanden ist. Mit Temperaturkriterien sind an dieser Stelle das oben angesprochenen Temperaturmaximum als Indikator für das Vorhandensein bzw. die Position des Längsschnitts 110, die Temperaturausschläge Tr als Indikator für das Vorhandensein bzw. die Positionen der Rillungen 120 und die Temperaturminima Tk als Indikator für das Vorhandensein bzw. die Positionen der Seitenkanten 130.
-
Durch eine aktuelle Positionsstellung der bewegbaren Optik 24, beispielsweise eine aktuelle Winkelstellung des oben angesprochenen schwenkbaren Spiegels, und die bei dieser Stellung ermittelte Temperatur kann die Auswerteeinheit 30 der ermittelten Temperatur einen Ort (x) an der Materialbahn 100 zuordnen. Somit ist eine ortsaufgelöste Temperaturermittlung möglich. Dabei ist anzumerken, dass sich besonders günstige Messbedingungen ergeben, wenn der kältere zu messende Gegenstand einen niedrigeren Emissionsgrad aufweist als der wärmere zu messende Gegenstand. In diesem Fall wird bereits eine geringe Temperaturdifferenz zwischen den zu messenden Gegenständen aufgrund der unterschiedlichen Emissionsgrade dann messtechnisch scheinbar vergrößert, wenn an der Messeinrichtung 20 ein Emissionsgrad fest eingestellt bleibt.
-
2b zeigt qualitativ ein ortsaufgelöstes Temperaturprofil T(x), wie es beispielsweise durch den Betrieb der in 2a gezeigten Vorrichtung 10 erhalten werden kann. Die Ermittlung der Position xs des Längsschnitts 110 der Materialbahn 100, sowie der Positionen xr1 bis xri der Rillungen 120 und der Positionen xk1 bis xk2 der Seitenkanten 130 kann dabei wie nachstehend erläutert erfolgen: Das Temperaturprofil T(x) zeigt im Wesentlichen fünf Bereiche, nämlich einen ersten Temperaturbereich (I) mit einem Temperaturmaximum Ts, welches dem Längsschnitt 110 in der Materialbahn 100 zuzuordnen ist, sowie je zwei weitere Temperaturbereiche (II, III), die sich je rechts und links des Längsschnitts 110 in Breitenrichtung 144 erstrecken. Die zwei zweiten Temperaturbereiche II im Anschluss an den ersten Temperaturbereich I weisen eine im Wesentlichen konstante Temperatur Tm auf, welche allgemein der Materialbahn zuzuordnen ist, wobei Ts > Tm gilt. Das Temperaturprofil T(x) weist geringe, die Temperatur Tm übersteigende Temperaturausschläge Tr auf, die sich entsprechend der physischen Position in der Materialbahn 100 (siehe 2a) in dem jeweiligen zweiten Temperaturbereich II befinden und, die den Rillungen 120 zuzuordnen sind. Bei einem Vergleich der 2a mit der 2b wird deutlich, dass beispielsweise die erste Rillung 120 an der Position xr1 im Materialbahnabschnitt 100a (siehe 2a) in x-Richtung gehend dem ersten Temperaturausschlag Tr an der Position xr1 im Temperaturprofil T(x) entspricht. Analog lässt sich die Position der anderen Rillung bestimmen. In alternativen Beispielen kann die Materialbahn 100 mehr oder weniger als zwei Rillungen 120 aufweisen, die analog zu den hier beschriebenen Ausführungen detektiert und/oder deren Positionen bestimmt werden können. Alternativ kann die Materialbahn 100 auch keine Rillungen 120 aufweisen. In letzterem Fall wären dann, abgesehen von einem Temperaturmaximum Ts am Ort des Längsschnitts 110, keine Temperaturausschläge nach oben startend von der Materialbahntemperatur Tm vorhanden. Die zwei dritten Temperaturbereiche III weisen jeweils ein Temperaturminimum Tk auf, welches jeweils einer Seitenkante 130 des jeweiligen Materialbahnteils 100a, 100b zuzuordnen ist. Dieses Temperaurminimum Tk kann einen Grenzwert darstellen, ab dem Temperaturabfälle relativ zu einer Temperatur Tm als Umgebung der Materialbahn 100, also als Grenzbereich zwischen Seitenkante 130 und Umgebung interpretiert werden. Somit kann diesem Grenzbereich eine Position xk1 oder xk2 einer jeweiligen Seitenkante 130 zugeordnet werden.
-
Um die Temperaturausschläge Tr eindeutig den Rillungen zuordnen zu können und diese nicht fälschlicherweise als Temperaturmaxima Ts und somit als Längsschnitte 110 zu interpretieren, kann ein Toleranzbereich um die Temperatur Tr definiert werden, innerhalb dessen die Temperaturausschläge liegen müssen, um eindeutig als Rillungen zu zählen. Somit kann beispielsweise verhindert werden, dass ein bereits stärker abgekühlter Längsschnitt 110 fälschlicherweise als Rillung 120 interpretiert wird. In analoger Weise können Mindesttemperaturgrenzwerte definiert sein, ab welchen einen Temperaturanstieg eindeutig als Temperaturmaximum Ts interpretiert und einem Längsschnitt 110 zugeordnet werden kann. In analoger Weise können Höchsttemperaturgrenzwerte definiert sein, unter welchen einen Temperaturabfall eindeutig als Temperaturminimum Tk interpretiert und einer Seitenkante 130 zugeordnet werden kann. Die eben angesprochenen Grenzwerte können alternativ oder zusätzlich als relative Grenzwerte im Verhältnis zur Temperatur Tm definiert sein.
