DE2445853A1

DE2445853A1 - Vorrichtung zur messung der breite von baendern

Info

Publication number: DE2445853A1
Application number: DE19742445853
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Schulz
Original assignee: BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH
Current assignee: BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH
Priority date: 1974-09-26
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1976-04-22
Also published as: NL7511355A; BE833839A; GB1519323A; IT1048496B; FR2286367A1; LU73450A1

Description

Betriebsforschungsinstitut

VDEh - Institut für angewandte Forschung GmbH 4 Düsseldorf, Sohnstraße 65

Vorrichtung zur Messung der Breite von Bändern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Breite von Bändern, insbesondere von gewalzten Blechen, wobei ein Bildstrahl durch Verschwenkung über die Oberfläche eines Bildempfängers geführt und dieses Bild der Oberfläche des Bandes mittels des Bildempfängers übet— wacht sowie als Maß der Breite ausgewertet wird.

Vorrichtungen dieser Art sehen eine mit konstanter Geschwindigkeit erfolgende Verschwenkung des BandblIdes vor, wobei der Überwachung der Bildes ein Fotodetektor dient. Hierbei wird die Zeit gemessen, Innerhalb welcher der Fotodetektor auf das Bild des ßandbi Ides anspricht; Ein störender Messfehler entsteht dabei Jedoch dadurch, daß die erfasste Messzelt dem Drehwinkel bei der Verschwenkung des B'andbi ldes proportional Ist, wohingegen die Breite des zu messenden Bandes dem Tangens des Drehwinkels entspricht.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß ein Fehler bei der Auswertung des empfangenen Signals für die Ermittlung der Bandbreite vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein fokussierter Lichtstrahl der Erzeugung des Bildstrahls dient, und daß ein auf den Breitenbereich der Oberfläche des Bandes gerichtetes Objektiv vorgesehen ist, in dessen Bildebene sich ein für die Abbildung der Bandbreite genügend großes Gitter mit die. Bahn des dargestellten, über die Oberfläche des Bandes laufenden Bildes schneidenden, lichtundurchlässigen Gitterlinien befindet, hinter welchem eine auf die durch die Gitterlinien während eines Bi1ddurch1 aufs unterbrochenen Belichtungen ansprechende und diese Impulse speichernde Zählvorrichtung angeordnet ist.

Bei einer Vorrichtung dieser Art können Fehler, wie. sie sonst durch die Unterschiede im Bogenmaß und im Tangens des Verschwenkungswinkels unvermeidlich sind, nicht auftreten. Vielmehr entspricht die Darstellung der Bandoberfläche in der Bildebene des Objektivs bei hinreichender Verzeichnungsfreiheit des Objektivs genau der tatsächlichen Bandbreite. Hinzu kommt noch, daß die Verschwenkungszeit ohne Einfluss auf das Messergebnis ist, da lediglich maßgeblich ist, ob ein Impuls ausgelöst wird oder ob nicht. Unerheblich ist es demgegenüber, für wielange Zeit der Impuls besteht. Die bei Jeweils einem Verschwenkungsvorgang ermittelten Impulse lassen sich sehr leicht kurzfristig speichern und zur Anzeige bringen. Da Verschwenkungsvorgänge sehr schnell aufeinander folgen können, kann man sogar die Zählvorrichtung mit einem Frequenzzähler verbinden, wobei dann· die zur Darstellung gelangende Impulszahl ein proportionales Maß der Bandbreite Ist.

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Durch senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bildes verlaufende Gitterlinien werden Verzerrungen optischer Art bei der Bildwiedergabe vermieden. Für die Erzeugung des Lichtstrahls findet zweckmäßig ein Laser Verwendung, dessen Strahl auf die Bandoberfläche mittels eines Teleskopes fokussierbar ist, Somit kann man einen Lichtfleck von etwa 1/2 mm Durchmesser auf mehrere Meter aus einem Laserstrahl mit einem ursprünglichen Durchmesser von 1 mm fokussieren. Wenn ein Gitter mit einem Abstand der Gitterstriche von 0,02 mm und mit bis zu 2000 Linien verwendet wird, läßt sich bei einer erfassbaren Breite von 2 m die Messung mit einer Auflösung von 1 mm ausführen. Die Verzeichnungsfreiheit des Objektives geht grundsätzlich in das Messergebnis ein, doch läßt sich auch hiei— bei ohne Schwierigkeiten eine Genauigkeit von besser als 0,1 % erreichen.

Die bei einem Verschwenkungsvorgang des Lichtstrahls ausgelöste Anzahl η von Impulsen ergibt sich als Verhältnis der durchlaufenden Gitterstrecke s zu dem Abstand g zwei Gitterstriche. Die Breite des Bandes hängt dann noch vom Abstand a zwischen Band und Objektiv sowie Brennweite f des Objektives gemäß der nachstehenden Beziehung ab:

B = Ca/f- -I)-S = Ca/f - O · g · η

Die relative Messgenauigkeit tst hierbei gleich dem Kehrwert der erfassbaren Anzahl n_Q der Gitterlinien bzw. dem Verhältnis des Abstandes zweier Gitterstriche g zur Gitterlänge G.

Die verwertbare Gitterlänge hängt vom Durchmesser des Fotoempfängers bzw. eines evtl. eingesetzten Linsensystems ab. Die minimal erreichbare Gitterkonstante wird durch das

Auflösungsvermögen des Objektivs und die erreichbare Fokussierung des Laserstrahls auf der Bandoberfläche bestimmt.

Für die Verarbeitung der empfangenen Impulse kann man ein einfaches elektronisches Bauteil, bestehend aus einem elektronischen Filter und einer Impulsformerstufe verwenden. Die Messzeit eines Verschwenkungsvorganges kann sehr klein sein und nur etwa h ms betragen, so daß sich auch die Breite von schnell bewegtem Band fortlaufend messen läßt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet umso besser, je klarer das auf der Bandoberfläche erzeugte Bild in der Bildebene des Objektivs dargestellt werden kann. Da die Bandoberfläche aber gelegentlich Unebenheiten aufweist, können hierdurch gelegentlich Helligkeitsunterschiede in den empfangenen Bildern auftreten. Gemäß einer weiteren, sehr einfachen Ausgestaltung der Erfindung lassen sich diese Fehler dadurch vermeiden, daß eine den Lichtstrahl zu einem Strichbild auf der Bandoberfläche aufweitende Optik im Strahlengang des Lichtstrahls vorgesehen ist, und daß die Gittei— linien parallel zum in ihrer Bildebene empfangenen Strichbild verlaufen. Ein derartiges Strichbild läßt sich leicht von hinreichender Länge erzeugen, so daß im statistischen Mittelwert sämtliche Einflüsse, die eine Bildschwächung bedingen könnten, ausgeglichen werden.

Fehlmessungen können weiterhin bei einer Änderung des Abstandes zwischen dem Objektiv und der Bandoberfläche auftreten. Jedoch lassen sich derartige Fehler dadurch beheben, daß zwei mit unterschledllchön Abständen von der Böndoberflache angeordnete Bildempfänger vorgesehen sind, deren Verkleinerungsmaßstabe in Bezug zueinander feststehen, und daß Abweichungen von den durch die VerkleInerungsmaß-

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stäbe vorgegebenen Unterschiede der Impulszahlen für eine Korrektur von Abstandsänderungen der Bandoberfläche von den Bildempfängern verwendet werden. Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn für einen vorgegebenen Sollwert des Ab— Standes der Bandoberfläche von den Bildempfängern beide den gleichen Verkleinerungsmaßstab aufweisen.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen zwei Ausführungsformen schematisch dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 die grundsätzliche Anordnung der Erfindung bei einer ersten Ausführungsform derselben, während

Fig. 2 eine Anordnung mit Korrektur von Lageabweichungen des Bandes schematisch darstellt.

Im rechten Teil der Fig. 1 erkennt man das Band 1, dessen Breite zu messen ist. Zu diesem Zweck wird auf seine Oberfläche 2 an der Stelle 3 ein Bild erzeugt, dessen Erstrekkung in Richtung der Bandbreite, wie bereits beschrieben, sehr gering ist und etwa 0,5 mm betragen kann. Der Lichtstrahl für dieses Bild wird im Laser 4 mit ursprünglich größerem Durchmesser erzeugt. Über das Prisma 5 erfolgt eine Umlenkung, woraufhin über das Linsensystem 6,7 eine Fokussierung ,und ggfls. eine Aufweitung zur Erzeugung eines Strichbildes vorgenommen werden. Im Anschluß hieran fallen die bereits fokussierten Lichtstrahlen auf das Drehsplegelsystem 8, welches Im Ausführungsbeispiel mit 4 Spiegeln ausgeführt ist. Maßgeblich für die Anzahl der Spiegel Ist jedoch lediglich, daß der Lichtstrahl über die gesamte Breite des Bandes 1 bei Drehung in Richtung des Pfeiles 9 gelangen kann.

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Das an der Stelle 3 befindliche Bild wird vom Objektiv 10 empfangen und in dessen Bildebene 11 abgebildet. In dieser Bildebene erkennt man die Gitterlinien 12, die in der beschriebenen Weise gleich breit wie die Abstände zwischen ihnen sind. Der Fotoelektronenvervielfacher 13 empfängt die durch das Gitter ausgelösten Impulse und führt sie dem elektronischen Bauteil 14 zu, welches, wie beschrieben, sehr einfach ausgeführt sein kann. Die Anzeige 15 kann ein Frequenzzähler sein, der die kontinuierliche Ermittlung der Bandbreite gestattet.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform gestattet es, Änderungen des Abstandes 16 zwischen dem Band 1 und dem hier nur schematisch wiedergegebenen Sende-und Empfangssystem zu berücksichtigen. Das Sende-und Empfangssystem 17 besitzt also die Lichtquelle 18, den Bildempfänger 19 sowie das elektronische Bauteil 14. Mit dem Abstand 20 vom Bildempfänger ist ein zweiter Bildempfänger 21 vorgesehen. Wenn.sich der Abstand 16 verändert, so wirkt sich diese Änderung bei dem näher zum Band liegenden Bildempfänger 19 stärker als bei dem weiter entfernt liegenden Bildempfänger 21 aus. Beide Bildempfänger ermitteln also je eine Breite b, und b«. Die tatsächliche Breite ergibt sich bei gleichem Verkleinerungsmaßstab der beiden Bildempfänger aus der Beziehung

b = b,

2 1 +(bl-b2j/b1 ■ 16/2 0. Bei geringen Höhenänderungen kann die näherungsweise Lösung b = Ia₂ - CbI - b2)> 16/20

verwendet werden, die sich einfach elektronisch digital verarbeiten und anzeigen läßt= Somit ist das Mossergebnis

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unabhängig von der meist unbekannten Veränderung des Abstandes des Bandes von der Messanordnung. Näherungsweise ist aber auch dieser Abstand aus den Größen b, und b„ best immbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

.)Vorrichtung zur Messung der Breite von Bändern, insbesondere von gewalzten Blechen, wobei ein Bildstrahl durch Verschwenkung über die Oberfläche eines Bildempfängers geführt und dieses Bild der Oberfläche des Bandes mittels des Bildempfängers überwacht sowie als Maß der Breite ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein fokussierter Lichtstrahl der Erzeugung des Bildstrahls dient, und daß ein auf den Breitenbereich der Oberfläche (2) des Bandes (1) gerichtetes Objektiv (10) vorgesehen ist, in dessen Bildebene (11) sich ein für die Abbildung der Bandbreite genügend großes Gitter mit die Bahn des dargestellten, über die Oberfläche (2) des Bandes (1) laufenden Bildes schneidenden, lichtundurchlässigen Gitterlinien (12) befindet, hinter welchem eine auf die durch die Gitterlinien (12) während eines Bilddurchlaufs unterbrochenen Belichtungen ansprechenden und diese Impulse speichernde Zählvorrichtung angeordnet Ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählvorrichtung ein Fotoelektronenvervielfacher

(13) ist, dessen Impulse einem elektronischen Bauteil

(14) als Eingangswerte zugeführt werden, welches ein der Impulszahl entsprechendes Signal erzeugt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gltterllnlen C12) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bildes verlaufen.

*+. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 b«i s 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Lichtstrahls ein Laser (4) vorgesehen Ist, und daß dessen Bildstrahl auf die Bandoberfläche (2) mittels eines Teleskopes fokusslerbar ist.

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5. Vorrichtung nach den Ansprüchen Ibis ^, dadurch gekennze ichnet, daß die Brennweite des Objektives (10) unter dem Gesichtspunkt der größtmöglichen Auflösung des Gitters derart gewäht ist, daß die Bildbreite die Breite der Gitterlinien (12) nicht überschreitet.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennze ichnet, daß die lichtundurchlässigen Gitterlinien von der gleichen Breite wie die zwischen ihnen liegenden, lichtdurchlässigen Bereiche des Gitters sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennze i chnet, daß eine den Lichtstrahl zu einem-StrIchbi1d auf der Bandoberfläche (3) aufweitende Optik (6,7) im Strahlengang des Lichtstrahls vorgesehen ist, und daß die Gitterlinien (12) parallel zum in ihrer Bildebene (11) empfangenen Strichbild verlaufen.

8» Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit unterschiedlichen Abständen von der Bandoberfläche (3) angeordnete Bildempfänger (19,21) vorgesehen sind, deren Verkleinerungsmaßstäbe in Bezug zueinander feststehen, und daß Abweichungen von den durch die Verkleinerungsmaßstäbe vorgegebenen Unterschieden der Impulszahlen für eine Korrektur von Abstandsänderungen der Bandoberf1äche(3)von den Bildempfängern (19,21) verwendet werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Bildempfänger (19,21") für einen Sollwert des Abstandes der Bandoberfläche den gleichen Verkleinerungsmaßstab aufweisen.

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10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennze ichnet, daß der das Bild erzeugende Lichtstrahl über
ein Drehspiegelsystem ablenkbar ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennze ichnet, daß die Zählvorrichtung (15) mit einem Frequenzzähler verbunden ist.

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