DE2104903A1

DE2104903A1 - Interferometer Dickenlehre

Info

Publication number: DE2104903A1
Application number: DE19712104903
Authority: DE
Inventors: Norman Walford Bavin East Molesey Osborne Charles Frederick Weybridge Surrey Murray David Kerr Brentford Middlesex Stone, (Großbritannien)
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1970-02-09
Filing date: 1971-02-03
Publication date: 1971-08-19
Also published as: GB1337273A; FR2078325A5

Description

Patentanwalt

Grose

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^Wl«*-*2.T.MdiB.793J57O7«i7j2

57O.7«i7j2

DB/au München-Pullach, 2. Februar 1971

BRITISH STEEL CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Bestimmungen des "Iron & Steel Act 1967", 33, Grosvenor Place, London, S.W. 1, England

Interferometer-Dickenlehre

Die Erfindung betrifft das Messen von Werkstückabmessungen und insbesondere eine Vorrichtung zum Messen einer Abmessung eines sich bewegenden Werkstückes, das in Berührung mit einer sich bewegenden Bezugsfläche angeordnet ist.

Ein Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen einer Abmessung eines sich bewegenden Werkstückes, das in Berührung mit einer sich bewegenden Bezugsfläche angeordnet ist, welche eine Quelle einer Breitband-Strahlungsenergie aulweist, Vorrichtungen, um einerseits die Energie längs eines Pfades zu leiten, welcher die Bezugsfläche einschließt, von der die auftreffende Strahlung in Richtung eines Detektors reflektiert wird, und um andererseits die Energie getrennt längs eines zweiten Pfades zu leiten, welcher die Oberfläche eines Werkstückes einschließt, von der die auftreffende Strahlung gleichfalls in Richtung des Detektors reflektiert wird, und einstellbare Steuervorrichtungen aufweist, um die Pfadlängen auszugleichen, wodurch die Gesamtenergie der beiden Pfade am Detektor in Phase ist und die Einstellung der Steuervorrichtung ein Maß für die Werkstücksdicke darstellt.

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Da das Werkstück in Berührung mit der Bezugsfläche steht, wird jegliche Bewegung der Bezugsfläche, welche die Länge des einen Pfades ändert, gleichfalls auch die Länge des zweiten Pfades ändern. Derartige Fehler aufgrund der Unregelmässigkeiten oder Lageveränderungen der sich bewegenden Bezugsfläche können verkleinert werden.

Vorzugsweise liegt die Wellenlänge der Energie im Größen-

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bereich von 10 und 10 m, um eine spiegelnde Reflektion zu erzeugen und um die Streuung zu vermindern.

Die beiden getrennten Pfade können von einem Strahlteiler divergieren, auf den in Betrieb die Strahlung von der Quelle auftrifft. Der Strahlteiler kann zum Teilen der Energie derart ausgebildet sein, daß ein Teil der aultreffenden Energie reflektiert und ein ^eil durch den Teiler hindurchgelassen wird. Gleichfalls kann der Strahlteiler derart ausgebildet sein, daß er die von der Bezugsfläche und der Werkstücksoberfläche reflektierten Energien wieder zu einem gemeinsamen Pfad in Richtung des Detektors zusammenfasst.

Die einstellbaren Steuervorrichtungen sind vorzugsweise derart ausgebildet, daß zum Ausgleich nur eine der Pfadlängen eingestellt wird.

Die einstellbaren Steuervorrichtungen weisen vorzugsweise eine Reflektorfläche und Vorrichtungen zum Hin- und Herbewegen dieser Reflektorfläche auf. Somit kann ein Pfad,in dem die Reflektorfläche liegt, folgeabhängig verlängert und verkürzt werden, wodurch die gesamte Energie wiederholt vorübergehend am Detektor in Phase ist.

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Tn oiner besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein linearer Umformer zur Erzeugung eines die Bewegung der Rpf1ektorflache repräsentierenden Ausgabesignales für eine* Koordinateneingabe eines X-Y Auinahmegerätes oder Anzeigegeräte s ausgebildet, wobei der Detektor zur Erzeugung pines die von dem Detektor.empfangene Energie repräsentierenden Ausgabesignales für die andere Koordinateneingabe nusrohildet 1st.

nie erfindungsgpmässe Vorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, daß die Abmessung eines sich kontinuierlich bewegenden Werkstückes gemessen wird und ist in dieser .-usführungsform von besonderem Nutzen beim Erfassen der Blechstärke oder Dicke eines Metalibandes (z.B. Bandstahl in einem Walzwerk). Die Bezugsfiäche kann die gewölbte Oberfläche einer Walze sein, über welche beim Betrieb das Metallband läuft, ,'!weckdienlicherwei se ist diese Walze eine Teitv/rOze ("bill}¹" roll") an der Wickelstation. Ein Vorzug der Erfindung besteht darin, daß jegliche Exzentrizität der Drehbewegung der Walze keine Wirkung auf die Meßgenauigkeit hnt, da die Längen der beiden Pfade - Bezugsfläche und Werkstück - sich um die gleiche Größe ändern.

Es ist nun möglich, daß die Wölbung der Walze und des Metall bandes die Meßgenauipkeit ungünstig beeinflussen und es können,um diese Wirkung auszugleichen, Vorrichtungen vorgesehen sein, \im die auf jede der Flächen geleitete Energie in den ,jeweiligen Wölbtuigsachson der entsprechenden Flächen zu bündeln.

Diese Vorrichtungen zum Bündeln weisen vorzugsweise gewölbte Reflektorflächen aui.

Im folgenden werden zwei Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen diese beispielhaft veranschaulicht sind, näher erläutert. Rs zeigt:

Figur 1 die schematische Seitenansicht der Wickelstation einer Dressierwalzstrasse;

Figur ? die schematische Ansicht- der erfindung.sgemässpn Meßvorrichtung und

Figur 3 eine schemati sehe Ansicht einer anderen Ausführungsform der in Fj gur 2 veranschaulichten Vorrichtung.

In Figur 1 tritt ein Stahlband 1 aus einem Paar von Arbeitswalzen 2 aus und läuft fiber die Oberfläche einer Leitwal zn 3. ehe» es aui einer frule U aufgewickelt wird. Oberhalb der LeHwalze 3 ist die erfindungßgemässe Ileiivor richtung 5 angeordnet.

In Figur 2 weist die Meßvorrichtung eine Quelle 7 einer Breitband-Strahlungsenerfrio, z.B. eine Oueckpilberdampflampe auf, die im Brennpunkt einer, Linsensystemen 8 derart angeordnet ist, daß aus diesem ein Strahl paralleler Strahlen austritt. Dieser Strahl trifft auf einen Strahlteiler 9» z.B. einem gedehnten Film aus Plastikmateria], wie z.B. Polyäthylen - Terephthalat, auf und ein Teil der Energie tritt direkt durch, während der Rest davon reflektiert wird. Der reflektierte Strahl trifft auf einen Spiegel 10 auf, von welchem er reflektiert wird, um in der Normalen auf die Oberfläche der Leitrolle 3 aufzutreffen, so daß diese Energie anschließend längs des gleichen Pfades

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zurück zu dem Strahlteiler zurückgeleitet wird. Auf gleiche Weise trifft der direkte Strahl auf einen Spiegel 11 auf, von welchem er reflektiert wird und in der· Normalen auf die Oberfläche des Stahlbandes 1 auftrifft, so daß diese Energie gleichfalls längs des gleichen Pfades zu dem Strahlteiler zurückgeleitet wird.

Am Stehlteiler wird die von den beiden Pfaden zurückkehren- ' de Energie wieder zusammengefaßt und durch ein Linsensystem 12 zu einem im Brennpunkt dieses Systemes liegenden Golay-Detektor 13 geleitet.

Nur wenn beide Pfadlängen gleich sind, wird die Maximalausgabe von dem Detektor erreicht, da nur unter diesen Umständen alle verschiedenen Wellenlängenbestandteile der Quelle am Strahlteiler in Phase wieder zusammengefaßt werden.

Um die Pfadlänge ver-ändern zu können, ist der Spiegel 11 in Richtung der Normalen zu seiner ebenen Fläche hin- und herbeweglich. Dies wird durch eine Übertrager/Umformereinheit 14 durchgeführt, wobei die Fortschreitungsbewegung durch eine Motor-getriebene Nocke und der Grad der Bewegung durch einen linearen induktiven Umformer überwacht wird. Die Anordnung ist derart, daß der sich hin- und herbewegeüde Spiegel während jedes Hubes die Nullage der Pfadlängendifferenzen durchläuft. Somit wird um den Maximalenergiezustand gleicher Pfadlängen eine Abtastbewegung erzeugt. Eine erfaßbare Änderung der empfangenen Signalstärke tritt nur in Nähe des Zustandes in Phase auf, d.h. wo die Pfadlängendifferenz gleich Null ist. Dies stellt tatsächlich eine Form der Phasenmodulationabtastblendung dar.

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Am "feststehenden" Spiegel 10 kann eine Mikrometereinstellung vorgesehen sein, um Bänder von im weiten Bereich verschiedenen Blechstärken zu berücksichtigen, so da8 dieser in der Normalen zu seiner ebenen Fläche bewegt werden kann und somit voreingestellt werden kann für Jede gewählte Pfadlänge.

Die tatsächliche Banddicke wird durch die Abtastbewegung bestimmt und um diese aufzunehmen, wird das Ausgabesignal des Umformers an ein X-Y Aufnahmegerät oder Aufzeichnungsvorrichtung 15 (z.B. eine Kathodenstrahlröhre) angeschlossen. Diese Ausgabe erzeugt eine Abtastung längs der X-Ordinate , während die Ausgabe der Golay-Zelle 13 an den Y-Eingang des Aufnahmegerätes angeschlossen wird. Auf dem Bildschirm 16 dieses Aufnahmegerätes ist eine typische Spur veranschaulicht.

Die X-Ordinate ist in Dickenabmessungen geeicht, z.B. von Null bis 0,050 ", so daß eine kontinuierliche Anzeige dieses Parameters während des gesamten Walzvorganges gewährleistet ist. Alternativ dazu kann anstelle dieser direkten Dickenanzeige die Abweichung einer Standarddicke angezeigt werden. Jegliche Veränderung der Banddicke kann dann durch Einstellung der Arbeitswalzen 2 korrigiert werden.

Bei der beschriebenen Vorrichtung können die verwendeten Strahlen eine Dicke von z.B. 2,5 oder mehr cm im Durchmesser haben und da die Flächen der Leitrolle und des Stahlbandes gewölbt sind, können dadurch gewisse Ungenauigkeiten in den erfolgten Ablesungen auftreten. Um dies auszugleichen, werden vorzugsweise zusätzliche Spiegel in die beiden Pfade eingefügt.

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Diese zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 3 veranschaulicht, in der zwei zusätzliche Spiegel 17, 18 angeordnet sind, wobei die anderen Bestandteile der Vorrichtung mit den gleichen Bezugszeichen, wie in Figur 1 und 2, bezeichnet sind. Die Spiegel 17, 18 sind im entgegengesetzten Sinn, wie die Leitrolle und das Band, gewölbt und bündeln somit "optisch" die Energie auf der Achse der Leitrolle, um die sonst auftretenden Ungenauigkeiten auszugleichen. Bei dieser Anordnung sind weiterhin im Vergleich mit Figur 2 die Einfallwinkel verkleinert, so daß folglich dadurch auch die Neigung des Strahles aus der Parallelität zu streuen verringert wird.

Wie bereits zuvor erwähnt, wird jegliche Exzentrizität der Leitrolle bei der erfindungsgemassen Vorrichtung selbst kompensiert, da die Beziehung zwischen den beiden Pfadlängen unverändert bleibt. Weiterhin werden die Messungen aus den gleichen Grund nicht durch Vibrationen der Walzstrasse beeinflußt.

Hinzu kommt, daß die erfindungsgemässe Vorrichtung prinziniell unempfindlich fegen unerwünschte sichtbare und Infrarotstrahlung ist, da das Linsensystem vorzugsweise aus Polyäthylen oder anderem Plastikmaterial geformt ist. Weiterhin ist in einem Plastikfilmfilter vor dem Golay-Zellendetektor Russ einimprägniert und ein Quarzfenster vor diesem Detektor tewirkt eine weitere Filterung.

Mit der erfindungsgemassen Vorrichtung können Genauigkeiten in der Größenordnung von 0,0025 mm oder besser leicht er* Eicht werden, vorausgesetzt, daß das Band während des Walzvorganges dicht gegen die Oberfläche der Leitrolle gehalten bleibt.

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Die Erfindung ist nicht beschränkt aui die spezielle veranschaulichte Ausführungsform und es können verschiedene Veränderungen leicht durchgeführt werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Z.B. können neben dem Messen von Stahlband,auf das in der vorangegangenen Beschreibung bezug genommen wurde, andere Materialien im Bewegungszustand gemessen werden, z.B. Glas, Eisenglas, plastische Schichtstoffe, usw. Weiterhin können stufenartige Veränderungen der Werkstückabmessungen von sich bewegenden Werkstückströmen usw. gleichfalls leicht ermittelt werden.

Weiterhin können andere Strahlungsouellen, als die veranschaulichte Quecksilberdamp:rhoohdr*uoklampe Verwendung finden, z.B. eine Quarz,] odnrn,-u?ktorlampe. Gleichfalls können andere Detektoren angewendet verden, z.B. ein pyroelektrischer Raumtemperaturdetoktor, der A't, bei den¹ ein dünnes Kristall -ms Triglycinsulfat oder anderem ferroelektrischem Material els Fühlelement verwendet wird. Ausserdem können abweichende Formen der T'eßwertaufnahme ,z.B. ein Meßwertschreiber oder ein Direktanzeiger mit digitaler Leuchtanzeige verwendet werden.

Die beschriebene und veranschaulichte Ausführungπform der Vorrichtung stellt eine wesentliche Verbesserung im Vergleich mit anderen Banddickenmeßvorrichtungen, die geeignet sind, bei bewegtem Gut Verwendung zu finden, dar, z.B. ein Wandermikrometer oder Vorrichtungen zum tJbertragen radioaktiver Strahlung durch das Band und dem Messen der \'eränderungen der Absorption. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist sowohl billiger als auch wesentlich bequemer anzuwenden, als die bekannten Vorrichtungen und hat darüber hinaus kein Strahlenrisiko, wie die zuletzt beschriebene Vorrichtung.

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BAD ORfGfNAL

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

- ίο - Patentansprüche

1.) Vorrichtung zum Messen einer Abmessung eines sich bewegenden Werkstückes,das in Berührung mit einer sich bewegenden Bezugsfläche angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Quelle (7) einer Breitband-Strahlungsenergie; Vorrichtungen (8, 9, 10, 11), um einerseits die Energie längs eines Pfades zu leiten, welcher die Bezugsfläche (3) einschließt, von der die auftreffende Strahlung in Richtung eines Detektors (13) reflektiert wird, und um andererseits die Energie getrennt längs eines zweiten Pfades zu leiten, welcher die Oberfläche eines Werkstückes (1) einschließt, von der die auftreffende Strahlung gleichfalls in Richtung des Detektors (13) relektiert wird; und durch einstellbare Steuervorrichtungen (14), um die Pfadlängen auszugleichen, wodurch die Gesamtenergie der beiden Pfade am Detektor (13) in Phase ist und die Einstellung der Steuervorrichtung (14) ein Maß für die Werkstücksabmessung darstellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (7) derart ausgebildet ist, daß sie eine Breitband-Strahlungsenergie mit einer Wellenlänge in dem Größen-

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bereich von 10 ^J bis 10 m erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtungen (8, 9, 10, 11) einen Strahl lungsteiler (9) aufweist, auf den in Betrieb die Energie auftrifft und von dem die beiden Pfade divergieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsteiler zum Teilen der Energie derart ausgebildet ist, daß ein Teil der Energie reflektiert und ein Teil durch den Teiler (9) hindurchgeiassen wird.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (9) derart ausgebildet ist, daß er die von der Bezugsfläche (3) und der Werkstücksoberfläche (1) reflektierten Energien wieder zu einem gemeinsamen Pfad in Richtung des Detektors (13) zusammenfasst.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Steiiervorrichtungen (14) zur Einstellung nur einer der Pfadlängen zum Ausgleich ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Steuervorrichtungen (14) eine Reflektorfläche (11) und Vorrichturjcpn zum Hin- und Herbewegen dieser Reflektorfläche (11) aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Steuervorrichtungen (14) eine Reflektorfläche (11) und Vorrichtungen (14) zum Hin- und Herbewegen der Fläche (11) aufweisen, um den Pfad,in dem die Reflektorfläche (11) liegt, folgeabhängig zu verlängern und zu verkürzen, wodurch die gesamte Energie am Detektor wiederholt vorübergehend in Phase ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein linearer Umformer (14) zur Erzeugung eines die Biegung der Reflektorfläche (11) repräsentierenden Ausgabesignales für eine Koordinateneingabe eines X-Y-Aufnahmegerätes oder Aufzeichnungsvorrichtung (15) ausgebildet ist, wobei der Detektor (13) zur Erzeugung eines die von dem Detektor (13) empfangene Energie repräsentierenden Ausgabesignales für die

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andere Koordinateneingabe ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einen odor mehreren der verarmei Ansprüche zum Hessen der 'jer«nnten Abmessung, vprn die ⁿpzup"· fläche und die Wer!:stüokr;ehr>"f ] i'ohe gewölbt sind, duuren gewölbt sind, dadurch geH-'τzvi chnet, d°ß Vorrichtungen (¹7. T^) zum Bündein der auf ^Ac*p der Flächen (1, *) /re] oii.ete?"¹ Energie in den ,jeweiligen "("TVun^pachr-en der entpprecrenden Flächen (1, 3) vorpepehen ."ind,

11. Vorrichtung nach /-nspruch "¹^, dndurch rek daii die Vorrichtxingeri (17, ι«]¹ ?_\νη ^'"ndelr o-r-wölbter ^T'e flektorflächen (17, 1«) ^n^'M'pen.

\?, Vorrichtung nach ^irr-in 'Xie" n^l-reren der voranT^ Ansprüche, dadurch «reJ'ennr'**'-hnet, daß Fi e de^a^t .au det und angeordnet 1r.t, *p(: ('in Ab^e'-«-unp· o^^py rirl· h bewegenden "oHirvMfi'pp fi^

^. Vorrichtung nach /i?^iorrur!· '", dadtircb ^ß da.s ^T'.^rerkstücic M) eir "(ⁱ⁺r.i iV.?ri ^) urd ^i Dicke ist.

1^. Vorrichtung nach /nsprucl· ^", dadvrch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche (3) die rewölbte Fläche einer WaJze (?) ist, über welche bein Betrieb das f'etaxlbar.u (1) I^

ORIGINAL

Leersei te