DE2140752B2 - Vorrichtung zur Messung der optischen Dichte einer in einer Ebene geführten Materialbahn - Google Patents
Vorrichtung zur Messung der optischen Dichte einer in einer Ebene geführten MaterialbahnInfo
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Description
40
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der optischen Dichte einer in
einer Ebene geführten Materialbahn mit einer optischen Strahlungsquelle sowie einer zugeordneten Optik zur
Beleuchtung der Materialbahn auf der einen Seite und mit einem eine strahlungsempfindliche Fläche aufweisenden
und auf der anderen Seite der Materialbahn angeordneten Detektor zum Empfang der von der
Materialbahn ausgehenden Strahlung.
Es sind Vorrichtungen zur Messung der optischen Dichte bekannt, wobei das Meßgut auf der einen Seite
mit einer Lichtquelle und einer Optik beleuchtet und auf der anderen Seite das durchtretende Licht mittels eines
Detektors gemessen wird. Ein Anwendungsgebiet dieses Verfahrens sind densitometrische Prüfungen von
Filmen, wie sie z. B. in der DE-OS 18 07 403 beschrieben werden.
Diese Vorrichtungen messen nur schmale Streifen, die sich relativ ruhig an der Meßeinrichtung vorbeiführen
lassen. Für die Messung breiter bewegter Materialbahnen sind diese Verfahren nur wenig geeignet, da bereits
geringes Flattern der Bahn in der Bahnführungsebene zu erheblichen Schwankungen der Meßwerte und somit
zu deren Verfälschung führen, insbesondere, wenn es sich um begossene Materialbahnen mit lichtbrechendem
Beguß handelt.
Wenn eine Bahn transportiert wird, z. B. durch eine Anzahl Rollen, so neigt die Bahn dazu zu vibrieren.
Diese Vibrationen stören nicht ernstlich die Dichtemessung einer Bahn von klarem, d.h. nicht streuendem
Material; da aber die Vibrationen Änderungen in der Entfernung zwischen der Bahn und einem zum
Aufsprühen der Strahlen verwendeten Detekta · ergeben, stören die Vibrationen doch die Messung der
Dichte bei einer Bahn mit lichtstreuendem Material, da die Bahn auf der Detektorseite selbst zu einer mehr oder
weniger leuchtenden Fläche wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine photoelektrische Vorrichtung zur Messung der Dichte einer bewegten
lichtdurchlässigen Bahn mit streuenden Materialanteilen zu schaffen, wobei die Energie, die auf den Detektor
trifft nicht durch die Vibrationen des Materials beeinflußt werden soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Materialbahn und dem Detektor ein
Schirm angeordnet ist, der einen Teil der von der Materialbahn ausgehenden Strahlung vom Detektor
fernhält, und daß die Entfernung zwischen der Führungsebene der Materialbahn und dem Detektor
sowie die Entfernung zwischen dem Schirm und dem Detektor und die Abmessung des Schirms sowie der
lichtempfindlichen Fläche des Detektors derart gewählt sind, daß die vom Detektor erfaßte Strahlungsmenge
von durch eine Vibration der Materialbahn hervorgerufenen Änderungen des Abstands zwischen Materialbahn
und Detektor unabhängig ist.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Detektor auf der Rückseite des
Schirms angebracht und es ist hinter dem Schirm ein Parabolspiegel zur Umlenkung der an dem Schirm
vorbeigehenden Strahlung auf den Detektor vorgesehen.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Detektor in der Nähe des von dem Parabolspiegel erzeugten
Bildes des beleuchteten Bereichs der Materialbahn angeordnet.
Der gewünschte Genauigkeitsgrad der Dichtemessung hängt von den besonderen für den gegebenen
Gebrauch dieser Vorrichtung in Aussicht genommenen Zwecken ab.
Im allgemeinen werden Vorrichtungen bevorzugt, bei welchen die Energie, die auf die Detektoroberfläche
einfällt, nicht mehr s.ls 1% als Folge der Vibration der
Bahn schwankt.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die beschriebene Anordnung eines Schirmes in dem
Strahlengang zwischen Bahn und Detektor es ermöglicht, diese Forderung zu erreichen.
Eine klare durchsichtige Bahn ist ohne Einfluß auf die Dichtemessung, auch wenn sie vibriert, da die
Lichtstrahlen bei diesen kleinen Winkeländerungen nur unwesentlich abgelenkt werden.
Eine Lichtstrahlen diffus streuende Bahn, wie z. B. eine Filmbahn, nimmt zum Teil die Strahlung auf und
wirkt so an ihrer Rückseite als neue diffuse Lichtquelle, die nun ihren Abstand zum Detektor ändert, wenn sie
vibriert und so unterschiedliche Energiemengen auf den Detektor abstrahlt unabhängig von der Dichte der
Materialbahn.
Die erfindungsgemäße Einbringung eines lichtundurchlässigen
Schirmes in den Strahlengang wirkt dem entgegen insofern, als sich sein Schatten auf dem
Detektor bei näherer Bahn, also geringerem Abstand Bahn - Detektor, vergrößert und bei größerem
Abstand verkleinert
Durch eine geeignete Wahl der Größe des Schirmes und des Detektors sowie deren Abstand und deren
Abstand zur Führungsebene der Materialbahn kann empirisch leicht eine Stellung gefunden werden, an
welcher sich die Energieänderungen auf dem Detektor für Bahnvibrationen ausgleichen. Der Energiezuwachs
durch die nähere bahn wird dann durch die Abnahme der Detektoroberfläche, hervorgerufen durch einen
größeren Schatten des Schirmes auf der lichtempfindlichen Detektoroberfläche, ausgeglichen, ebenso wie eine
Energieabnahme durch eine weiter entfernte Bahn durch einen kleineren Schatten kompensiert wird.
Die Vorrichtung kann derart konstruiert sein, daß sie tatsächlich optische Dichtewerte anzeigt oder Signale,
die diese Werte repräsentieren, oder die Vorrichtung kann derart konstruiert sein, daß lediglich Schwankungen
in der optischen Dichte von einer Lage auf der Bahn bis zu einer anderen Lage angezeigt werden oder wenn
die optische Dichte mit vorgeschriebenen Abmesomgen z. B. Abmessungen, die aus einem Minimum und/oder
einem Maximum zulässiger optischer Dichte bestehen, nicht übereinstimmt
Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 die schematische Darstellung einer Ausführungsform,
F i g. 3 ein Kurvenbild mit der Energie, die auf den photo-elektrischen Detektor als Funktion der Entfernung
zwischen der Ebene der Bahn und dem Detektor auftritt und
Fig.4 ein Kurvenbild der Ausgangsleistung des Detektors als Funktion der Entfernung zwischen der
Bahn und dem Detektor für eine Vorrichtung gemäß Fig. 2.
In der Fi g. 1 richtet eine Lampe 10 z. B. Infrarotlicht
auf eine Linse 11, welche ein Bündel von parallelen Lichtstrahlen auf eine bewegte Materialbahn richtet,
wie z. B. auf eine photografische Filmbahn 12. Wenn der Film 12 die verwendete Strahlung streut, d.h. diese
Streuung durch eine lichtempfindliche Silbersalzgelatineschicht stattfinden kann, die auf einem durchsichtigen
Triacetat- oder Polyesttrträger vorgesehen ist, so wird
ein diffuser Strahlungsfleck IS auf der Rückseite des Filmes 12 erzeugt. Auf dieser Seite des Films 12 befindet
sich ein photoelektrischer Detektor 14, dessen lichtempfindliche Oberfläche in ein*r Entfernung I von dem
Fleck 15 entfernt ist In einer Entfernung a, gemessen vom Detektor 14 in Richtung zum Fleck 15, ist ein
strahlungsundurchlässiger Schirm 13 angeordnet. Die Anordnung ist derart getroffen, daß der Schatten des
Schirms 13 vollkommen auf den photoelektrischen Detektor 14 fällt.
Die Energie, die auf den Detektor 14 auftritt, wenn de;· Schirm 13 entfernt wird, ist eine Funktion der
Entfernung/ In Fig. 3 ist ein Kurvenbild der Energie E\
beim Auf treffen auf den photoelektrischen Detektor als Funktion der Entfernung / gezeigt. Ein ähnliches
Kiirvenbild kann auch von der Energie Bi aufgezeichnet
werden, welche auf den Schirm 13 als Funktion der Entfernungi-äJvom Schirm 13 zum Film 12 auftrifft.
Es ist augenscheinlich, daß die auf den Detektor 14 auftreffende Energie gleich (E\ - Ei) ist, wenn der
Schirm 13 davor angeordnet ist. Wenn a konstant bleibt, dann ist E= (ΕΊ — £&), wie es graphisch als eine
Funktion von / bestimmt werden kann, indem man die Koordinaten beider Kurvenbilder in Obereinstimmung
bringt, dann das Kurvenbild mit £i über eine Länge a zur
Linken hin parallel mit den Abszissen verschiebt uind
danach die Ordinate des Kurvenbiides von Ei von der
des Bildes von ZTi abzieht
Das Kurvenbild von E als einer Funktion von / das
man auf diese Weise erhält, kann ein oder mehrere Extrema aufweisen, z. B. Punkte, in welchen die
ίο Tangente aaf der Kurve horizontal liegt; die Werte der
Entfernung, die diesen Punkten entsprechen, genügen der Gleichung : ~;
d£
d/
d/
'= 0
Es ist auch möglich, ein divergierendes Bündel statt eines Bündels mit parallelen Strahlen zu verwenden, wie
es in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 benutzt wird.
Als Ergebnis der Vibration des Films wird der Fleck 15 abwechselnd größer und kleiner, jedo:h bleibt die
Energiemenge, die auf den Film gerichtet wird, fast konstant Es ist fernerhin auch möglich, ein Kurvenbild
der Energie E aufzunehmen, die auf den photoelekt-isehen
Detektor auftritt, um ein Ausführungsbeispiel zu erhalten, i;· welchem ein streuendes Strahlenbündel
benutzt wird. Wenn die Entfernung / derart ist daß die Tangente auf der Kurve E (I) horizontal verläuft dann
bleibt der Ausgang des Detektors durch die Vibrationen des Films im wesentlichen unberührt
Die Vorrichtung gemäß F i g. 2 ist empfindlicher. In dieser Vorrichtung ist der Parabolspiegel 16 hinter dem
photoelektrischen Detektor 17 montiert, so daß die Strahlungsenergie zum Detektor hin reflektiert wird.
der Schirm 13 montiert Statt den Schirm an dem
vom Detektor angeordnet werden.
photoelektrische Detektor 17 derart angeordnet, daß seine photoelektrische Oberfläche am Ort des Bildes des
diffusen Lichtflecks 15 liegt. Der photoelektrische Detektor kann auch derart angeordnet sein, daß das Bild
des diffusen Lichtflecks während der Vibration des Films teilweise nächst dem Detektor zu liegen kommt,
so daß die Energie, die auf den Detektor auftrifft, nicht linear als Funktion der Entfernung / schwankt. Dieses
besondere, nicht lineare Phänomen kann sich z. B. in einem zweiten Extremum in der Kurve E(J) zeigen. Bei
gewisser Sorgfalt, bei gleichem Wert der beiden Extremwerte und naher Anordnung ist es möglich, einen
ziemlich flachen Abschnitt in der Kurve E(l)zu erhalten,
der zeigt, daß die auftreffende Energie in diesem Abschnitt fast unabhängig von der Entfernung I d. h. der
In der Praxis weichen die Ausgangssignaie des
Detektors von der Theorie ab, die in Verbindung mit F i g. 2 beschrieben wird, da das Reflexions- und
Absorptionsvermögen 4er Oberflächenschicht des pho-
bo toelektrischen Detektors eine Funktion des Einfallwinkels
ist. Ein anderer Grund ist die nicht scharfe Wiedergabe des Lichtflecks 15 in der Ebene des
Detektors 17, so daß nur ein Teil der reflektierten Energie vom Detektor 17 empfangen wird. Ein weiterer
br) Grund ist die einseitige Empfindlichkeit des Detektors
17, wodurch ein Teil der reflektierten Energie, der mit einem größeren Winkel als 90 Grad relativ zur Achse 18
der Vorrichtung reflektiert wird, verlorengeht.
Es ist daher nicht möglich, allgemein gültige genaue Werte für eine Anordnung zu geben, vielmehr müssen
die für eine Materialbahn günstigsten Werte bezüglich der Abstände / und a und die Größe der Fläche des
Schirms und des Detektors durch elektrische Messun
gen der auffallenden Lichtenergie ermittelt werden, wobei bei positiven und negativen Änderungen d/des
Bahnabstandes vom Detektor die auf den Detektor auffallende Energieänderung d£ gegen Null gehen
sollte.
Claims (3)
1. »Vorrichtung zur Messung der optischen Dichte einer in einer Ebene geführten Materialbahn mit
einer optischen Strahlungsquelle sowie einer zugeordneten Optik zur Beleuchtung der Materialbahn
auf der einen Seite und mit einem eine strahlungsempfindliche
Fläche aufweisenden und auf der anderen Seite der Materialbahn angeordneten ι ο
Detektor zum Empfang der von der Materialbahn ausgehenden Strahlung, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Materialbahn (12) und dem Detektor (14; 17) ein Schirm (13)
angeordnet ist, der einen Teil der von der Materialbahn (12) ausgehenden Strahlung vom
Detektor (14; 17) fernhält, und daß die Entfernung zwischen der Führungsebene der Materialbahn (12)
und dem Detektor (14; 17) sowie die Entfernung zwischen dem Schirm (13) und dem Detektor (14; 17)
und die Abmessungen des Schirms (13) sowie der lichtempfindlichen Fläche des Detektors (14; 17)
derart gewählt sind, daß die vom Detektor (14) erfaßte Strahlungsmenge von durch eine Vibration
der Materialbahn (12) hervorgerufenen Änderungen des Abstands zwischen Materialbahn (12) und
Detektor (14; 17) unabhängig ist«
2. »Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (17) auf der
Rückseite des Schirms (13) angebracht ist und daß Jo hinter dem Schirm (13) ein Parabolspiegel (16) zur
Umlenkung der an dem Schirm (13) vorbeigehenden Strahlung auf den Detektor (17^ /orgesehen ist.«
3. »Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der DetekK (17) in der Nähe
des von dem Parabolspiegel (16) erzeugten Bildes des beleuchteten Bereichs (15) der Materialbahn (12)
angeordnet ist.«
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