DE2140752C3 - Vorrichtung zur Messung der optischen Dichte einer in einer Ebene geführten Materialbahn - Google Patents

Description

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 mitteiis 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 iichtbrechendem 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 Detektor 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

>5 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 Schinns sowie der lichtempfindlichen Fläche des Detektors derart gewählt sind, daß die vom Detektor erfaßte Strahlungsmenge

jo 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

J5 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 als 1% als Folge der Vibration der

V) 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

h5 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 durcif 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 diise 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 Abmessungen 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

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Ausführungsform,

F i g. 2 eine abgeänderte Ausführungsform,

F i g. 3 ein Kurvenbild mit der Energie, die auf den photo-elektrischen Detektor als Funktion der Entfe:
nung zwischen der Ebene der Bahn und dem Detektor auftritt und

F i g. 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 F i 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 Triaceta·- oder Polyesterträger vrrgesehen ist, so wird ein diffuser Strahlungsfleck 15 auf der Rückseite des Filmes 12 erzeugt. Auf dieser Seite des Films 12 befindet sich ein photoelektrischer Detektor 14, dessen lichtempfindliche Oberfläche in einer Entfernung _/ 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 der Schirm 13 entfernt wird, ist eine Funktion der Entfernung/. In F i g. 3 ist ein Kurvenbild der Energie E₁ beim Auftreffen auf den photoelektrischen Detektor als Funktion der Entfernung / gezeigt. Ein ähnliches Kurvenbild kann auch von der Energie £i aufgezeichnet werden, welche auf den Schirm 13 als Funktion der Entfernungl—g)'/om Schirm 13 zum Film 12 auftrifft.

Es ist augenscheinlich, daß die auf den Detektor 14 auftreffende Ene;gie gleich (E\-Ei) ist, wenn der Schirm 13 davor angeordnet ist. Wenn a konstant bleibt, dann ist E - (E\- E₇), wie es graphisch als eine Funktion von / bestimmt werden kann, indem man die Koordinaten beider Kurvenbilder in Übereinstimmung bringt, aann das Kurvenbild mit Ei über eine Länge a zur Linken hin parallel mit den Abszissen verschiebt und danach die Ordinate des Kurvenbildes von Ei von der des Bildes von E\ abzieht.

Das Kurvenbild von E als einer Funktion von I das man auf diese Weise erhält, kann ein oder mehrere Extrema aufweisen, z. B. Punkte, in welchen die Tangente auf der Kurve horizontal liegt; die Werte der Entfernung, die diesen Punkten entsprechen, genügen der Gleichung

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 Film* wird der Fleck 15 abwechselnd größer und kleiner, jedoch 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 photc-elektrisehen Detektor auftritt, um ein Ausführungsbeispiel zu erhakcn, in 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 Fig.2 ist empfindlicher. In dieser Vorrichtung ist der Parabolspiegel IS hinter dem photoelekirischen Detektor 17 montiert, so daß die Strahlungsenergie zum Detektor hin reflektiert wird. Auf der nichtempfindlichen Seite des Detektors 17 wird der Schirm 13 montiert. Statt den Schirm an dem Detektor anzuordnen, könnte der Schirm in Entfernung vom Detektor angeordnet werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist der 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 r.u liegen kommt, so daß die Energie, die auf den Detektor auftriftt, nicht linear als Funktion der Entfernung / schwankt. Dieses besondere, nicht lineare Phänomen kann sich z. B. in einem zweiten Extremum in der Kurve E(Jj zeigen. Bei gewisser Sorgfalt, bei gleichem Wert der beiden Extremwerte und naher Anordnung ist es möglich, einen ziemlich flachen Abschnitt in der Kurve EQ)z\i erhalten, der zeigt, daß die auftreffende Energie in diesem Abschnitt fast unabhängig von der Entfernung I d. h. der Vibration des Fiims ist.

In der Praxis weichen die Ausgangsjignale des Detektors von der Theorie ab, die in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird, da das Reflexions- und Absorptionsvermögen der Oberflächenschicht des photoelektrischen Detektors eine Funktion des Einfallwinkels ist. Ein anderer Grund ist die nicht scharfe Wiedergabe des Lichtflecks 15 in der Ebene des Detektor- 17, so daß nur ein Teil der reflektierten Energie vom Detektor 17 empfangen wird. Ein weiterer Grund ist die einr?itige 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.

5 6

Es ist daher nicht möglich, allgemein gültige genaue gen der auffallenden Lichtenergie ermittelt were

Werte für eine Anordnung zu geben, vielmehr müssen wobei bei pusitiven und negativen Änderungen d/

die für eine Materialbahn günstigsten Werte bezüglich Bahnabstandes vom Detektor die auf den Detek

der Abstände / und a und die Größe der Fläche des auffallende F.nergieänderung d£ gegen Null gel

Schirms und des Detektors durch elektrische Messun- ^r> sollte.

Hierzu 2 Blatt Zcichnunecn

Claims (3)

Patentansprüche:

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 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 Materialbahr. (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 hinter dem Schirm (13) ein Parabolspiegel (16) zur Umlenkung der an dem Schirm (13) vorbeigehenden Strahlung auf den Dotektoi '17) vorgesehen ist.«

3. »Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der De'-Jctor (17) in der Nähe des von dem Parabolspiegel (16) erzeugten Bildes des beleuchteten Bereichs (15) der Materialbahn (12) angeordnet ist.«