DE3045319A1 - Vorrichtung zum messen bestimmter ausgewaehlter eigenschaften einer bewegten bahn - Google Patents

Description

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28. November I98O

DATUM/DATE

PATENTANMELDUNG

PRIORITÄT: entspr. U.S. Ser.No. 100,416

vom 5.12.1979

BEZEICHNUNG: Vorrichtung zum Messen bestimmter

ausgewählter Eigenschaften einer
bewegten Bahn

ANMELDER: MEASUREX CORPORATION,

One Results Way,
Cupertino, Kalif. 95 014
(V.St.A.)

ERFINDER: 1. Tor G. Larsen,

929 Pierce Road,
Saratoga, Kalif. 95 070
(V.St.A.)

2. John J. Howarth,

491 Winchester Boulevard,
Monte Sereno, Kalif. 95 030
(V.St.A.)

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen bestimmter ausgewählter Eigenschaften einer bewegten Bahn, welche unempfindlich ist gegen das Flattern der Bahn. Meßfühler oder Sensoren zum Messen ausgewählter Eigenschaften wie z.B. der Farbe, der Helligkeit oder des Glanzes einer bewegten Bahn sind bekannt (Hersteller z.B.: MacBeth Division of Kollmorgen Corporation). Ein derartiger Sensor führt jedoch keine Querabtastung aus, d.h. er ist nicht in der Lage, sich quer über die Breite der Bahn während deren Herstellung oder Verarbeitung zu bewegen. Außerdem kann ein solcher Sensor beim Schwingen oder Flattern der Bahn keine genaue Messung gewährleisten. Diese Beschränkungen führen zu zwei Problemen: Erstens, der Sensor ist nicht in der Lage, eine genaue Messung quer über die Breite der Bahn zu liefern; zweitens, der Sensor ist, da er Flatterbewegungen der Bahn nicht ausgleichend zu berücksichtigen vermag, bestimmten Beschränkungen seiner Anwendbarkeit unterworfen. Daher ist der bekannte Sensor oder Meßwertfühler verhältnismäßig ungenau und auch nicht allgemein anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine weit höhere Genauigkeit und einen erheblich erweiterten Anwendungsbereich hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

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eine auf einer Seite der Bahn angeordnete Quelle einer elektromagnetischen Strahlung, die gegen die Bahn gerichtet ist, wobei die Strahlung so gewählt ist, daß der Strahl absorbiert und durch die ausgewählten Eigenschaften der Bahn reflektiert werden kann, einen Kollektor auf einer Seite der Bahn, der in der Lage ist, einen Teil des von der Bahn reflektierten Strahls aufzunehmen,

einen Detektor zur Messung der ausgewählten Eigenschaften der Bahn aufgrund der von dem Kollektor empfangenen Strahlung,

eine erste Haltevorrichtung zum Halten der Strahlungsquelle und des Kollektors in einem konstanten Abstand von der Bahn,

ein Standardisierungsglied auf der anderen Seite der Bahn und

eine zweite Haltevorrichtung zum Halten des Standardisierungsgliedes in einem konstanten Abstand von der Bahn.

Vorteilhafte Möglichkeiten zur Weiterbildung dieser Erfindung sind in den nachgeordneten Ansprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung wesentlicher Tei te es*\<üf Vorrichtung gemäß der Er-

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- 4Τ -

findung zum Messen ausgewählter Eigenschaften einer sich bewegenden Bahn und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils der Vorrichtung von Fig. 1 im Schnitt.

Wie in der US-Patentschrift 3,641,349 beschrieben, kann eine Eigenschaft eines band- oder bahnförmigen Materials, wie es beispielsweise in einer Papiermaschine hergestellt werden kann, durch Anbringung von Sensoren oder Meßwertfühlern und Detektoren auf einem Schlitten gemessen werden. Der Schlitten bewegt sich in Querrichtung, während das bahnförmige Material sich in Arbeitsrichtung der Maschine bewegt, also senkrecht zur Querrichtung. Fig. 1 zeigt eine Abtastvorrichtung 10 mit einem Gestell 11, das einen oberen und parallel dazu einen unteren Balken 12 bzw. 13 trägt, die sich seitlich über das bahnförmige Material 14 erstrecken, das beispielsweise von einer Papiermaschine (nicht dargestellt) erzeugt wird. Die Bahn 14 läuft in der durch den Pfeil 16 angedeuteten Richtung durch die Abtastvorrichtung. Ein oberer und ein unterer Meßkopf 17 bzw. 18 sind an dem Gestell 11 vorgesehen und so angeordnet, daß sie in Längsrichtung des Gestellteils 11 und in Querrichtung zu der Bahn 14 laufen können. Die Bahn 14 läuft durch einen Spalt 19 zwischen den Meßköpfen 17 und 18. Der Laufweg für die Meßköpfe ist so ausgebildet, daß diese während jeder Laufrichtung aus dem Bereich der Bahn seitlich wegbewegt werden können.

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In Fig. 2 ist die Vorrichtung 20 gemäß der Erfindung veranschaulicht. In dem oberen Meßkopf 17 ist auf der einen Seite der Bahn ein Gehäuse 22 vorgesehen. Dieses besteht aus einer ersten domartigen Erhebung 24 und einem zweiten Dom 26, welche beide eine halbkugeIföritiige Gestalt haben, und einem ringförmigen Glied 28, das im wesentlichen flach liegend angeordnet ist. Das Innere des ersten Domes 24 kann eine reflektierende, diffundierende oder verspiegelte Oberfläche aufweisen. Der zweite Dom 26 ist ein Fenster. Beide Dome 24 und 26 liegen konzentrisch zueinander und sind durch das ringförmige Glied 28 verbunden. Das Gehäuse 22 ist so angeordnet, daß das ringförmige Glied 2 8 nahezu parallel zu der Bahn 14 verläuft und sich zu dieser in geringerem Abstand befindet als der erste Dom 24 oder der zweite Dom 26. Eine Strahlungsquelle 30 in dem Gehäuse 22 dient zur Aussendung eines Strahls elektromagnetischer Strahlung 32. Zur Messung der Farbe oder der Helligkeit wird vorzugsweise eine ringförmige pulsierend betriebene Xenonröhre verwendet (Hersteller: ILC Technology). Der Strahl 32 aus der Quelle 30 ist so gerichtet, daß er den zweiten Dom 26 durchsetzt und auf die Bahn 14 auftrifft. Er ist als gestrichelte Linie dargestellt. Das Licht aus der Quelle 30, das nicht auf direktem Wege auf die Bahn 14 auftrifft, wird von dem ersten Dom 24 auf die Bahn 14 reflektiert. Die Strahlung aus der Quelle 3O kann durch die Bahn 14 absorbiert und reflektiert werden. Ein Teil der von der Bahn 14 reflektierten Strahlung, nämlich der reflektierte Strahl 34, wird von einem

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Kollektor gesammelt, der aus einer Linse 36 und einer Faseroptik 38 besteht. Der reflektierte Strahl 34 folgt einem als strichpunktierte Linie gezeichneten Weg. Die Linse 36 fokussiert den reflektierten Strahl 34 auf das eine Ende der Faseroptik 38 in dem Gehäuse 22. Die Linse 36 ist in oder nahe an dem zweiten Dom 26 angeordnet. Die Faseroptik 38 wird von dem Gehäuse 22 weggeleitet. Am anderen Ende der Faseroptik 38 wird der reflektierte Strahl 34 so gerichtet, daß er auf ein Gitter 40 auftrifft und von da auf einen Detektor 42 reflektiert wird. Das Gitter 40 wird bei der Messung der Farbe der Bahn 14 benutzt, derart, daß das Farbspektrum des reflektierten Strahls 34 ausgebreitet wird und auf den Detektor 42 fällt. Der Detektor 42 kann eine Diodengruppe sein. In dem ersten Dom 24 befindet sich ein Lufteinlaß 44. Der Einlaß 44 erlaubt den Eintritt von Luft in das Gehäuse 22. Mehrere Luftauslässe 46 sind in dem ringförmigen Glied 28 angeordnet. Die Auslässe 46 gestatten der Luft das Austreten aus dem Gehäuse 22 unter konstantem Druck und das Auftreffen auf die Bahn 14 einer im wesentlichen zu dieser senkrechten Richtung.

Auf der anderen Seite der Bahn befindet sich ein Standardisierungsglied 50. Das Standardisierungsglied 50 ist im wesentlichen flach und verläuft parallel zu der Bahn 14. Das Standardisierungsglied 50 hat eine Fläche 52, die der Bahn 14 gegenübersteht, welche eine bekannte Reflexionscharakteristik für den einfallenden Strahl 32 besitzt.

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Während der Standardisierung oder Eichung, d.h. wenn die Bahn 14 sich nicht zwischen dem oberen und unteren Meßkopf 17 bzw. 18 befindet und die Meßköpfe 17 und 18 nach der einen Seite des Gestells 11 hingeführt sind, wird der Strahl 32 so gerichtet, daß er auf die Fläche 52 des Standardisierungsgliedes 50 auftrifft. Der von der Oberfläche 52 reflektierte Strahl 34 dient zum Vergleich mit einem bekannten Standard. Dieser Vergleich bezweckt die Korrektur von Erscheinungen wie elektronischer Drift, Lampenalterung und Schmutz auf der Linse 36. Die Luftauslässe 54 in dem Glied 50 erlauben das Auftreffen von Luft auf die Bahn 14 in einer zu dieser im wesentlichen senkrechten Richtung. Die Auslässe 54 sind im wesentlichen linear ausgerichtet zu den Auslässen 46 des Gehäuses 22.

Beim Betrieb des Geräts 20 nach der Erfindung wird Luft unter Druck durch den Einlaß 44 in das Gehäuse 22 eingeführt. Die Luft tritt unter konstantem Druck aus dem Gehäuse 22 durch die Auslässe 46 aus. Die Luft ist so gerichtet, daß sie auf die Bahn 14 im wesentlichen senkrecht zu dieser auftrifft. Bei konstantem Druck hält die Luft das Gehäuse 22 in einem konstanten Abstand von der Bahn 14. In gleicher Weise wird Luft unter konstantem Druck aus dem Standardxsierungsglxed 50 so ausströmen gelassen, daß sie auf die Bahn 14 in einer im wesentlichen senkrechten Richtung zu dieser auftrifft und linear mit den Auslassen 46 des ersten Gehäuses 22 ausgerichtet ist.

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Durch das Auftreffen von Luft auf die Bahn 14 wird das Standardisierungsglied 50 in einem konstanten Abstand von der Bahn 14 gehalten. Während des Betriebs des Gerätes 20 emittiert die Strahlungsquelle 30 einen Strahl 32 gegen die Bahn 14. Der reflektierte Strahl 34 wird durch die Linse 36 gesammelt und auf das eine Ende der Faseroptik 38 fokussiert. Das andere Ende der Faseroptik 38 richtet den reflektierten Strahl 34 gegen den Detektor 42. Verschiedene Eigenschaften der Bahn wie Farbe oder Helligkeit können durch richtige Wahl der Spektralfrequenz aus der Quelle 30 und die Spektralansprechcharakteristik des Detektors 42 analysiert werden.

Während der Standardisierung oder Eichung wird das Gerät 20 von der Bahn wegbewegt, d.h. die Bahn 14 wird weggenommen. Da die Luft aus dem Gehäuse 22 nun nicht mehr auf die Bahn 14 auftrifft, um das Gehäuse 22 von der Bahn "abzuheben", und da die Luft aus dem Standardisierungsglied 50 nicht mehr auf die Bahn 14 auftrifft, bewegen sich das Gehäuse 22 und das Standardisierungsglied 50 dichter aufeinander zu, bis ihr gegenseitiger Abstand im wesentlichen der gleiche ist wie der Abstand zwischen dem Gehäuse 22 und der Bahn 14. Kurz gesagt, das Standardisierungsglied 50 bewegt sich relativ zu dem Gehäuse 22 in die Stellung, die vorher von der Bahn 14 eingenommen wurde.

Im allgemeinen kann das Gehäuse 22 jede geometrische Gestalt haben. Da die Luft auf die Bahn 14 auftreffen und

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das Gehäuse 22 "anheben" soll, ist die aufzuwendende Luftmenge umso kleiner, je leichter das Gehäse 22 ist. Der Vorteil des Kollektors, bestehend aus der Linse 36 und der Faseroptik 3 8 zum Erfassen des Strahls 34 und seiner Hinleitung zu dem Detektor 42 außerhalb des Gehäuses 22, besteht darin, das Gewicht des Gehäuses 22 zu verkleinern. Das Gehäuse 22 bezweckt nur das Halten der Strahlungsquelle 30 und des Kollektors. Die Strahlungsquelle 30 und die Linse 36 sowie die Faseroptik 3 8 können jede beliebige geometrische Gestalt haben. Zur weiteren Verringerung des Gewichts des Gehäuses 22 kann die Strahlungsquelle 30 auch außerhalb des Gehäuses 22 angeordnet werden und Faseroptiken können dazu dienen, das Licht zu dem Gehäuse zu führen und es auf die Bahn 14 auftreffen zu lassen. Die Strahlungsquelle 30 kann jede Art elektromagnetischer Strahlung einschließlich Injrarot und Ultraviolett hervorbringen. Zur Messung von Farbe wird vorzugsweise eine D65-Strahlungsquelle (Tageslicht am nördlichen Himmel) verwendet (D65 ist eine durch die CIE - Commission Internationale de l'Eclairage festgesetzte Norm).

Die Vorteile der Vorrichtung 20 gemäß der Erfindung sind somit folgende: Erstens kann das Gerät dazu benutzt werden, die Breite der Bahn zu bestreichen und abzutasten, d.h. das Gerät 20 kann auf einem Schlitten, wie in Fig. 1 dargestellt, angeordnet und quer über die Breite der Bahn bewegt werden· Zweitens wird jeder der beiden Teile des Ge-

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räts 20, nämlich sowohl das Gehäuse 22 als auch das Standardisierungsglied 50 in einem konstanten Abstand von der Bahn 14 gehalten, so daß das Gerät unempfindlich gegen Schwankungen oder Flattern der Bahn ist, d.h. gegen die unvorhersehbare Bewegung der Bahn in einer Richtung mit einer Komponente senkrecht zu ihrer Fläche. Schließlich bietet die Vorrichtung bedeutend mehr Anwendungsmöglichkeiten als die bereits bekannte.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zum Messen bestimmter ausgewählter Eigenschaften einer beweglichen Bahn, ohne Beeinflussung durch das Flattern der Bahn, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   eine auf einer Seite der Bahn angeordnete Quelle einer elektromagnetischen Strahlung, die gegen die Bahn gerichtet ist, wobei die Strahlung so gewählt ist, daß der Strahl absorbiert und durch die ausgewählten Eigenschaften der Bahn reflektiert werden kann, einen Kollektor auf einer Seite der Bahn, der in der Lage ist, einen Teil des von der Bahn reflektierten Strahls aufzunehmen,

   einen Detektor zur Messung der ausgewählten Eigenschaften der Bahn aufgrund der von dem Kollektor empfangenen Strahlung,

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   ORIGINAL INSPECTED

   eine erste Haltevorrichtung zum Halten der Strahlungsquelle und des Kollektors in einem konstanten Abstand von der Bahn,

   ein Standardisierungsglied auf der anderen Seite der Bahn und

   eine zweite Haltevorrichtung zum Halten des Standardisierungsgliedes in einem konstanten Abstand von der Bahn.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle und der Kollektor in einem Gehäuse angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Haltevorrichtung die Strömung eines Mediums aus dem Gehäuse dient, die so gerichtet ist, daß sie auf die Bahn im wesentlichen senkrecht auftrifft.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Haltevorrichtung die Strömung eines Mediums aus dem Standardisierungsglied dient, die so gerichtet ist, daß sie im wesentlichen senkrecht auf die Bahn auftrifft und linear zu der Strömung aus der ersten Haltevorrichtung ausgerichtet ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor eine Linse und eine Faseroptik auf-

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   weist und die Linse so angeordnet ist, daß sie einen Teil der von der Bahn reflektierten Strahlung auf
   das eine Ende der Faseroptik fokussiert, und daß das andere Ende der Faseroptik auf den Detektor gerichtet ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt.

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