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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dickenmessung an bewegten bahn- oder plattenförmigen Messobjekten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 100 60 144 A1 ist eine Vorrichtung zur Dickenmessung an bahn- oder plattenförmigen Messobjekten bekannt geworden. In dieser Vorrichtung werden optische, einen Messstrahl erzeugende Entfernungsmesser verwendet, die eine Empfangsvorrichtung aufweisen, in welcher die Reflektion des Messstrahls aufgefangen wird. Anhand der Laufzeit kann eine Kalkulationseinheit die Entfernung eines Messobjektes zum Entfernungsmesser ermitteln. Zur Durchführung der Messung ist ein feststehender Rahmen vorgesehen, in dem gegenüberliegend oben und unten jeweils ein Entfernungsmesser angeordnet ist. Durch eine Kalibrierung wird der Abstand zwischen den beiden Entfernungsmessern festgelegt, die Dicke eines die beiden erzeugten Messstrahlen kreuzenden Messobjektes wird dann durch Subtraktion der zwei gemessenen Abstände von den beiden gegenüberliegenden Entfernungsmessern zum Messobjekt vom bekannten kalibrierten Abstandes der beiden Entfernungsmesser rechnerisch ermittelt. Um Temperaturschwankungen auszugleichen, die beispielsweise im Anfahrbetrieb entstehen, ist vorgesehen, dass jedem Entfernungsmesser ein Kalibrierkörper zugeordnet ist, welcher in einem definierten und von Temperaturschwankungen weitgehend unabhängigen Abstand zum Entfernungsmesser angeordnet ist. Um nun eine Kalibriermessung durchzuführen, muss der Kalibrierkörper und/oder der Entfernungsmesser parallel zur Flächenebene des Meßkörpers verschoben werden, damit der Messstrahl vom Kalibrierkörper reflektiert werden kann. Diese Vorrichtung mag sich grundsätzlich bewährt haben, allerdings ist sie in einer rauen Betriebsumgehung anfällig für Verschleiß hinsichtlich der notwendigen Manipuliereinheiten für den Kalibrierkörper und/oder den Entfernungsmesser und weist per se auch noch einen umständlichen und wirtschaftlich aufwendigen Aufbau auf.
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Heute übliche Entfernungsmesser weisen normalerweise eine Sendereinheit mit einer Laserdiode für die Aussendung eines Laserstrahls als Messstrahl und eine Empfängereinheit mit einer reflektiertes Licht empfangenden Fotodiode auf. Hinsichtlich der notwendigen Berechnungsmethoden zur Ermittlung der Abstände, Dicke des Messkörpers, Kalibriermethoden und dergleichen wird auf den bekannten Stand hierzu verwiesen, der Aufnahmen in die vorliegende Erfindung finden soll.
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Auch wenn die im Stand der Technik genannten Methoden zur Ermittlung der Dicke eines Messkörpers zum Erfolg führen hängt es von der Qualität der Entfernungsmesser ab, ob diese beispielsweise bei einer starren Aufhängung größere Dickenunterschiede fehlerfrei verarbeiten können oder ob sich bei einem zu großen Messdicken-Unterschied sich nicht die Auflösung signifikant verschlechtert und zu unbefriedigenden Ergebnissen führt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Vorrichtung zu schaffen, die eine kostengünstige Messung von bahn- oder plattenförmigen Messobjekten unterschiedlicher Höhe/Dicke ermöglicht, insbesondere mit mehreren Messlinien quer zur Fortbewegungsrichtung der Messobjekte. In einer Erweiterung des Aufgabe soll die Qualität der Messungen vergleichbar oder sogar verbessert werden.
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Die Erfindung geht dabei von einer Vorrichtung zur Dickenmessung an bewegten bahn- oder plattenförmigen Messobjekten aus, die mit einem Rahmen und einer erste Traverse 3 mit einem ersten Entfernungsmesser und einer zweite Traverse 2 mit einem zweiten Entfernungsmesser ausgerüstet ist, wobei die Entfernungsmesser zur Ausbildung eines Systems zur Dickenmessung eines Messobjekts im Wesentlichen gegenüberliegend und spiegelbildlich zueinander ausgerichtet sind.
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Die Aufgabe der Erfindung wird nun dadurch gelöst, dass im Bereich des ersten Entfernungsmessers eine erste Kalibrierfläche für den zweiten Entfernungsmesser und im Bereich des zweiten Entfernungsmessers eine zweite Kalibrierfläche für den ersten Entfernungsmesser angeordnet ist.
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In vorteilhafter Weise können nun an die Aufgabe angepasste Entfernungsmesser verbaut werden, die kostengünstige ausgewählt werden können, da ein gleichmäßiger Abstand zum Messkörper eingehalten werden kann, auch wenn dieser unterschiedliche Dicken aufweist. Gleichzeitig können durch die vorteilhafte Ausgestaltung mehrere Messlinien parallel zur Produktionsrichtung angeordnet werden, die gleichwohl regelmäßig oder bei einer Produktionsumstellung automatisch und einfach kalibriert werden können. Weiter können durch eine verstellbare Traverse oben Kollisionen mit dem Messobjekt vermieden werden, insbesondere wenn eine Sicherheitsvorrichtung mithin der Vorrichtung angeordnet ist.
Schlussendlich ist von Vorteil, dass mit diesem engen Aufbau und direkter Anordnung der Kalibrierflächen zu den Entfernungsmessern der Rahmen und die Traversen hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnung keine Beachtung finden müssen.
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Die Erfindung versteht unter einem Dickenmesser einen berührungslos arbeitendes Messgerät, welches über ausgesandte und reflektierte Strahlung eine Entfernung zu messen vermag. Um rationell eine Dicke zu vermessen vermag es entweder einer Bezugsebene und einem Entfernungsmesser oder zwei Entfernungsmesser, die an zwei gegenüberliegenden Seite des Produktes eine Entfernung feststellen. Vermisst man nun den Abstand der beiden Entfernungsmesser so ergibt sich aus dem Abstand der beiden abzüglich der beiden Messergebnisse bei einem dazwischen liegenden Messobjekt, mithin aus der Differenz aus Abstand Entfernungsmesser und den beiden verschiedenen Abstandsmessungen zum Messobjekt die Dicke des Messobjekts.
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Die Erfindung versteht weiter unter einer gegenüberliegenden Anordnung der Entfernungsmesser dass die Messstrahlen der Entfernungsmesser entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind. Unter Anordnung einer Kalibrierfläche im Bereich eines Entfernungsmessers versteht die Erfindung, dass diese Kalibrierfläche benachbart, bevorzugt angrenzend und besonders bevorzugt einstückig mit dem Entfernungsmesser ausgebildet ist.
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Die nachstehend aufgeführten Merkmale können kumulativ oder alternativ die Erfindung noch weiter verbessern oder ausgestalten.
Zumindest eine Traverse kann höhenverstellbar angeordnet sein, bevorzugt mittels eines Motors einer Höhenverstellung. Die Höhenverstellung ist dabei bevorzugt so ausgebildet, dass diese an beiden Seiten der Traverse gleichförmig oder gleichzeitig die Höhe oder den Abstand zwischen den Entfernungsmessern verstellt. Damit können unterschiedlich hohe Messobjekte gemessen werden.
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In vorteilhafter Weise können entlang der Traversen mehrere Systeme zur Dickenmessung angeordnet sein. Damit ist es möglich in Spuren oder abschnittsweise über die Breite, parallel zur Transportrichtung der Messobjekte zu messen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kalibrierfläche einstückig an dem Entfernungsmesser angeordnet sein. Insbesondere ist sie ein Teil der strahlungsseitigen Oberfläche des Entfernungsmessers und damit in Richtung des gegenüberliegenden Entfernungsmessers ausgerichtet.
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Die Kalibrierfläche kann weiter an der Traverse angeordnet sein und insbesondere mit einer Halterung für den Entfernungsmesser einstückig oder wirkverbunden sein. Eine Halterung ist ein bevorzugtes Mittel um die Sensorik, also die Entfernungsmesser, einfach austauschen zu können. Bevorzugt werden diese in die Halterung lösbar gehalten oder verschraubt. Durch die Verbindung der Kalibrierfläche mit der Halterung ist die gleichmäßige Anordnung an der Traverse und für den gegenüberliegenden Entfernungsmesser einfach sichergestellt, insbesondere wenn die Halterung geeignet ist den zugehörigen Entfernungsmesser in einer vorgegebenen Position zur benachbarten und/oder gegenüberliegenden Kalibrierfläche anzuordnen.
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Da die Vorrichtung zur Dickenmessung vorzugsweise in eine Produktionsanlage oder dgl. eingebunden ist, wird eine Fördervorrichtung zur Ausbildung einer Transportebene für die Messobjekte angeordnet sein. Insbesondere kann eine untere Messfläche des Messobjektes in der Transportebene angeordnet sein und die untere Messfläche respektive die Transportebene einen Abstand zum unteren Entfernungsmesser ausbilden. Dieser Abstand definiert unter Umständen den bevorzugten Abstand zwischen den Entfernungsmessern und den Oberflächen des Messobjekts.
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Es ist dann von Vorteil, wenn der obere Abstand des Entfernungsmessers von der oberen Messfläche des Messobjekts im Wesentlichen dem Abstand zwischen den unteren Entfernungsmesser und der Transportebene respektive der unteren Messfläche des Messobjekts entspricht.
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Besonders bevorzugt kann eine Steuerungsvorrichtung für die Vorrichtung zur Einstellung der Höhe der oberen Traverse durch die Höhenverstellung mit einer Rechenlogik angeordnet sein, die die Höhe der oberen Traverse respektive den Abstand des Entfernungsmessers von der Transportebene aus der Summe der vorgegebenen Solldicke des Messobjekts und dem Abstand zwischen der unteren Messfläche bestimmt.
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Unter Messflächen versteht die Erfindung eigentlich die Oberflächen des Messobjekts, die die Dicke des Messobjekts definieren und welche durch die Entfernungsmesser angestrahlt bzw. als Reflektionsfläche verwendet werden.
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Zusätzlich oder alleinstehend kann eine Sicherheitsvorrichtung in der Vorrichtung, bevorzugt an der oberen Traverse angeordnet sein, die geeignet ist bei einem zu geringen vorgegebenen Abstand den Motor der Höhenverstellung zu Vergrößerung des Abstandes zu aktivieren. Damit kann ein sinnvoller Kollisionsschutz mit den bewegten bahn- oder plattenförmigen Messobjekten erreicht werden, insbesondere wenn im Zuge von Produktumstellungen andere Höhen hintereinander in die Vorrichtung zur Dickenmessung einfahren.
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Bevorzugt sind die in Wirkverbindung mit der Sicherheitsvorrichtung angeordneten Sensoren zur Überwachung des Abstandes tastende oder berührungslos arbeitende Sensoren. Beispielsweise kann eine Rolle entgegen der Produktionsrichtung an der Traverse angeordnet sein, wird diese ausgelenkt, so verfährt die Traverse nach oben. Gerade flächige plattenförmige Messobjekte können in der Produktion durch einseitige Temperaturunterschiede zum schüsseln, also zu einem unebenen Aufbau führen, so dass es sinnvoll sein kann mehrere Sensoren zur Prüfung der Höhe der Messobjekte anzuordnen. Gerade in der Werkstoffplattenherstellung mit unter Hitze und Feuchtigkeit aushärtenden Bindemittel können Dampfexplosionen zu Platzern auf der Oberfläche führen, die unter Umständen so gross sind, dass sie die Entfernungsmesser beschädigen könnten.
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Eine Möglichkeit für ein beispielhaftes Verfahren besteht darin, dass zur Kalibrierung der Entfernungen zwischen den beiden Entfernungsmessern im Bereich des ersten Entfernungsmessers an einer ersten Kalibrierfläche durch den zweiten Entfernungsmesser eine zweite Entfernung und im Bereich des zweiten Entfernungsmessers an einer zweiten Kalibrierfläche durch den ersten Entfernungsmesser eine erste Entfernung zur Kalibrierung gemessen wird und dass zur Ermittlung der Dicke eines Messobjekts die jeweiligen Entfernungen von den Entfernungsmessern zu den Messflächen des Messobjekts durch eine elektronische Schaltung in Relation zu den kalibrierten Entfernungen oder gesetzt werden.
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Je nach Anordnung der Kalibrierflächen, beispielsweise wenn diese nicht auf derselben Nulllinie des Entfernungsmessers angeordnet sind, kann die elektronische Schaltung einen Offset zwischen dem Entfernungsmessern und den zugehörigen Kalibrierflächen in die Relation einrechnet. Beispielsweise können die Kalibrierflächen gegenüber der Ausstrahlungsöffnung und der Empfangsöffnung des Entfernungsmessers zurückgesetzt an der Traverse angeordnet sein. In diesem Fall müsste in die Berechnung der Abstand zur „Messebene“ oder „Nulllinie“ des Entfernungsmessers einbezogen werden.
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Bevorzugt wird zur Verbesserung der Messergebnisse die obere Traverse durch eine Höhenerstellung mit einem Motor oder eine Hebevorrichtung so eingestellt, dass der Abstand von dem unteren Entfernungsmesser zur Transportebene und/oder der unteren Messfläche des Messobjekts im Wesentlichen dem Abstand zwischen dem oberen Entfernungsmesser und der oberen Messfläche des Messobjekts entspricht.
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Bevorzugt kann die Dickenmessung des Messobjekts im Zuge einer laufenden Produktion bzw. Herstellung von Bahnen oder plattenförmigen Objekten durchgeführt werden, wobei die Dickenmessung zur Einhaltung eines vorgegebenen Produktionsmaßes durchgeführt wird und die vorgegebene Dicke des Meßobjektes zur Einstellung zum Beispiel der oberen Traverse dient, während hingegen der genaue Messwert der Dicke einem Sollwert der Produktion entsprechen soll und entsprechend an die Anlage zurück gesendet wird.
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Grundsätzlich werden nach der Erfindung zwei verschiedene Arten an Maßen unterschieden. Zum Beispiel wird ein Abstand vorgegeben oder eingestellt, vgl. Abstand unterer Entfernungsmesser zur unteren Messfläche oder oberer Abstand vom Entfernungsmesser zur oberen Messfläche des Messkörpers. Hier werden relativ grobe Angaben verwirklicht, beispielsweise ist es nicht erheblich, ob diese beiden oberen und unteren Abstände sich um einen oder wenige Millimeter unterscheiden. Entscheidend ist, dass die Ausgabe des Messwertes der Dicke mit einer hohen Genauigkeit erfolgen kann, wenn dieser gemessen wird.
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Es sei auch festgehalten, dass die Sensoren respektive die Entfernungsmesser vor Benutzung üblicherweise eingemessen werden, da zum Beispiel die Anordnung der Sensorik innerhalb des Entfernungsmesser bei einer hochgenauen Auflösung bei der Verwendung als Dickenmessung das Ergebnis verfälschen kann. Bevorzugt wird hierzu am Entfernungsmesser ein Wert bestimmt, der mit der am Entfernungsmesser angebrachten Kalibrierfläche abgestimmt wird. Der Entfernungsmesser kann bereits mit derartigen Angaben geliefert werden.
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Ist der Entfernungsmesser in einer Halterung fixierbar, so kann an der Halterung ebenfalls entsprechende Markierungen zur Einhaltung der richtigen Position der Kalibrierfläche enthalten sein.
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In einer anderen Ausführungsform kann die Kalibrierfläche an der Halterung oder nahe der Anordnung des Entfernungsmessers an der Traverse angeordnet sein. Auch hier sollte das entsprechende Offset vor Inbetriebnahme der Vorrichtung eingemessen und kalibriert werden.
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Zusammenfassend ist es nun in vorteilhafter Weise möglich, dass nach jedem Messobjekt eine automatische Kalibrierung erfolgen kann, da die Entfernungsmesser immer direkt auf Kalibrierflächen ausgerichtet sind.
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Besonders vorteilhaft werden nun Temperaturschwankungen am Produktionsort durchgehend als Messfehler aus der Gleichung genommen und können somit vernachlässigt werden. Auch die Hebemechanik muss nicht mehr mit übertriebener Genauigkeit ausgelegt werden, da durch die regelmäßige Kalibrierung auch Schwankungen zwischen den beiden außen liegenden Aufhängungen am Rahmen oder an den Antrieben nicht in das Messergebnis einfließen. Ebenfalls spielt Schlupf beim Verschieben der oberen Traverse keine Rolle.
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Besonders bevorzugt können nun auch Sensoren bzw. Entfernungsmesser verwendet werden, die durch die genaue Beabstandung zur Messobjekt- bzw. Transportebene immer im hochauflösenden Bereich arbeiten. Zu große Abstände werden sinnvoller Weise vermieden.
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Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit der Zeichnung hervor.
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Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung 1 zur Dickenmessung an bewegten bahn- oder plattenförmigen Messobjekten 18. Hierzu ist die Vorrichtung beispielsweise in einer Fördervorrichtung eingebunden, die Messobjekte 18 in einer Produktionsrichtung 13, hier in die Zeicheneben hinein, zu fördern vermag. Die Fördervorrichtung ist nicht im Detail und nur beispielhaft als Transportrollen 15 dargestellt. Die Transportrollen 15 bilden quasi eine Transportebene 14 für die Messobjekte 18, wobei die untere Messfläche 19 eines Messobjektes normalerweise in der Transportebene 14 liegen wird.
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Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Rahmen 10 auf, an dem eine obere Traverse 2 beweglich und eine untere Traverse 3, in diesem Ausführungsbeispiel starr, angeordnet sind. Die obere Traverse 3 ist über einen Motor 11 als Antrieb der Höhenverstellung 12 in ihrem Abstand zur unteren Traverse 2 beweglich. Bevorzugt kann diese Höhenverstellung 12 respektive dessen Motor 11 über eine Steuervorrichtung (nicht dargestellt) gesteuert werden.
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In der Figur sind mehrere Betriebszustände über die Breite der Vorrichtung 1, vergleichbar mit der Breite des Messobjektes 18, dargestellt. Die Länge des Messobjektes wird sich meist in Richtung der Produktionsrichtung 13 erstrecken.
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Entlang der Traversen 2, 3 sind mehrere Entfernungsmesser 4, 5 angeordnet, welche, wenn sie sich gegenüberliegen und zueinander ausgerichtet sind, ein System 17 zur Dickenmessung ergeben, vgl. linke Seite der Traverse 2, 3. Hier ist auch der Zustand einer Kalibriermessung dargestellt, bei dem der Entfernungsmesser 4 oben zu einer Kalibrierfläche 7 des unteren Entfernungsmessers 5 ausgerichtet ist und die Entfernung 8 von oben nach unten ausmisst. Im Gegenzug vermisst der untere Entfernungsmesser 5 die Entfernung 9 zur Kalibrierfläche 6.
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In der Mitte der Traverse ist die Belegung des Systems 17 zur Dickenmessung mit einem Messobjekt 18 dargestellt. Der obere Entfernungsmesser 4 wird den Abstand 22 zur Messfläche 20, welche der oberen Oberfläche des Messobjektes 18 entspricht, ausmessen und als Messwert an die Steuervorrichtung ausgeben. Der untere Entfernungsmesser 5 wird das gleiche mit dem Abstand 21 zwischen dem unteren Entfernungsmesser 5 und der unteren Oberfläche des Messobjektes 18, also der Messfläche 19, durchführen. Der Messvorgang wird nun in einer elektronischen Schaltung ausgewertet, indem die Summe der Abstände 21 und 22 von den Entfernungen 8 und/oder 9 abgezogen werden und ein Ergebnis der Dickenmessung kann ausgegeben werden.
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Auf der rechten Seite der Traversen 2 und 3 ist dargestellt, dass die Entfernungsmesser in einer Halterung 16 angeordnet sind. Nicht dargestellt sind alternative Anordnungen, bei denen beispielsweise die Kalibrierflächen direkt an der Halterung 16 oder an der Traverse selbst angeordnet sein können.
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In der Figur sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Einzelteile mit Bezugszeichen versehen, aber es ist dem Fachmann offensichtlich, welche Teile wiederholt angeordnet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Vorrichtung
- 2.
- Traverse
- 3.
- Traverse
- 4.
- Entfernungsmesser
- 5.
- Entfernungsmesser
- 6.
- Kalibrierfläche
- 7.
- Kalibrierfläche
- 8.
- Entfernung (4 zu 7)
- 9.
- Entfernung (5 zu 6)
- 10.
- Rahmen
- 11.
- Motor
- 12.
- Höhenverstellung
- 13.
- Produktionsrichtung
- 14.
- Transportebene
- 15.
- Transportrollen
- 16.
- Halterung
- 17.
- System
- 18.
- Messobjekt
- 19.
- Messfläche
- 20.
- Messfläche
- 21.
- Abstand
- 22.
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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