DE3442154C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionserfassung der Band­ kante einer Materialbahn mittels eines im Bandkantenbereich angeord­ neten, aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Ultraschall- Detektors, wobei die empfangenen Schallwellen in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.

Es sind verschiedene Einrichtungen zur kanten- oder mittengenauen Führung von Materialbahnen bekannt. Bei den pneumohydraulischen Regeleinrichtungen (DE-PS 15 74 638 und DE-OS 27 30 733) wird ein pneumatischer Bahnkantenfühler verwendet, der im wesentlichen aus zwei übereinander angeordneten Düsen besteht, nämlich der Senderdüse und der Empfängerdüse, die im kantennahen Bereich der Materialbahn an­ geordnet sind. Der Empfängerdruck ändert sich in Abhängigkeit von der Position der Materialbahn und beaufschlagt einen Membranantrieb, der wiederum einen dem Empfängerdruck proportionalen Flüssigkeitsstrom zu einem Stellglied leitet, das in der Regel als Steuerrolle oder eine verstellbare Haspel ausgebildet ist.

Häufig reicht jedoch die hydraulische Verstärkung nicht aus, um die Ansprechempfindlichkeit der Regeleinrichtung den technischen Erforder­ nissen entsprechend einstellen zu können. In diesen Fällen kann die Ansprechempfindlichkeit nur dadurch erhöht werden, daß der Empfänger­ druck durch Vergrößerung des Senderdrucks verstärkt wird. Bei dünnen Materialbahnen findet jedoch ein unerwünschtes Verwehen der Material­ bahn statt.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist auch bekannt, anstelle eines pneuma­ tischen Bandkantenfühlers einen optischen Bandkantenfühler zu verwenden, der aus einer fotoelektrischen Einrichtung besteht. Da die Bandkantenfühler aufgrund besonderer Gegebenheiten der Anlage häufig einer starken Ver­ schmutzung ausgesetzt sind, führt ein sich bildender Schmutzbelag auf der Optik zu einer Intensitätsänderung des Lichtstrahls und damit zu einer Fehlmessung.

Schließlich ist es auch bereits bekannt, die Bandkante einer Materialbahn mittels einer aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Ultraschall­ einrichtung abzutasten (Druckschrift ECOSONIC der Fa. Endress & Hauser GmbH & Co., Maulburg). Bei den bekannten Ultraschalldetektoren treten jedoch wesentliche Verfälschungen des Meßsignals dadurch auf, daß der Empfänger nicht nur den Meßstrahl empfängt, sondern reflektierte Strahlen, die nicht zum direkten Strahlengang gehören. Insbesondere wenn aufgrund der Höhenschwankungen des Bandes der Abstand zwischen Empfänger und Sender in ein harmonisches Verhältnis zur Wellenlänge des abgestrahlten Schalls gelangt, addieren oder subtrahieren sich diese Reflexsignale ja nach ihren Phasen­ signalen zu dem direkten Meßsignal und führen damit zu einem verfälschten Meßwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs definierte Verfahren zur Positionserfassung einer Bandkante dahingehend weiterzubilden, daß unerwünschte reflektierte Wellen mit Sicherheit keinen Einfluß auf das Meßergebnis nehmen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Sender Einzelimpulse oder aus Einzelimpulsen bestehende Wellenpakete zu einem vorgegebenen ersten Zeitpunkt abstrahlt, daß der Empfänger zu einem zweiten Zeitpunkt den Einzelimpuls oder das Wellenpaket empfängt und in ein elek­ trisches Schwingungspaket umwandelt, wobei die Zeitspanne zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt ungefähr gleich der Laufzeit der Schallwellen zwischen Sender und Empfänger ist, daß ein durch eine vorgegebene Zeitspanne im Anschluß an den zweiten Zeitpunkt begrenzter Bereich des Schwingungs­ paketes abgetastet und der Abtastwert zu einem späteren Zeitpunkt gespeichert wird, wobei die Zeitspanne zwischen dem Ende der Abtastzeitspanne und dem ersten Zeitpunkt kürzer ist als eine Zeitspanne, die ein Reflexionsstörsignal benötigt, das als Signal vom Sender im ersten Zeitpunkt abgegeben wurde und über einen Umweg auf den Empfänger gelangt, und daß die Pausenzeit bis zur Abstrahlung des nächsten Einzelimpulses oder Wellenpaketes so groß ist, daß die Reflexionsstörsignale des vorhergehenden Einzelimpulses oder Wellen­ paketes abgeklungen sind.

Als Abtastwert läßt sich besonders vorteilhaft der Spitzenwert verwenden, der in der Abtastperiode des Schwingungspaketbereichs ermittelt wird. Bei dem Verfahren wird also so gearbeitet, daß zunächst - und zwar bei nicht aktivierter Abtastung - ein Wellenpaket vom Ultraschallsender ausgestrahlt und vom Empfänger empfangen und in ein elektrisches Schwingungspaket-Signal umgewandelt wird. Anstelle eines Wellenpaketes kann auch mit Einzelimpulsen gearbeitet werden. Da die unerwünschten Reflexionsstrahlen erst zu einem späteren Zeitpunkt in den Empfänger gelangen, kann man durch Auswertung bzw. Abtasten des ersten Bereichs des Schwingungspakets, in dem noch keine unerwünschten Überlagerungen auftreten, einen Meßwert gewinnen, der die Lage der Bandkante mit großer Genauigkeit repräsentiert. Begrenzt man den Abtastbereich, und zwar von Beginn des Schwingungspakets an gerechnet, auf höchstens drei bis fünf Perioden, so bleiben die Störreflexe mit Sicherheit eliminiert. Der ganze Vorgang wiederholt sich zyklisch und ermöglicht so eine fortlaufende Kontrolle bzw. Überwachung der Materialbahn.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß der Sender von einem Impulsfolgegenerator gespeist wird, daß dem ein elektrisches Signal abgebenden Empfänger ein aktivierbarer Spitzengleichrichter und diesem eine aktivierbare Übertragungsschaltung zur Übertragung des Spitzenwertes auf einen Speicher nachgeschaltet ist.

Um das Verfahren in einem vorgegebenen Zeitablauf zu steuern, ist ein Impulsgenerator vorgesehen, der eine Ablaufsteuerung und den Impulsfolge­ generator beaufschlagt, wobei die Ablaufsteuerung den Impulsfolgegenerator zur Erzeugung von Impulsfolgen veranlaßt, den Spitzenwertgleichrichter in der Abtastperiode aktiviert und anschließend die Übertragungsschaltung veranlaßt, den Spitzenwert abzuspeichern.

Die Messung kann sowohl in Reflexion als auch im direkten Durchstrahlver­ fahren erfolgen. Im ersteren Fall sind Sender und Empfänger auf der gleichen Seite der Materialbahn unter bestimmten Winkel angeordnet, wobei der an der Materialbahn reflektierte Strahl den Meßstrahl bildet. Alternativ dazu kann in bekannter Weise ein Ultraschall-Wandler wechselweise als Sender und Empfänger verwendet werden. Im Falle der Durchstrahlmethode befindet sich der Sender auf der einen Seite und der Empfänger auf der anderen Seite der Materialbahn, wobei je nach dem Abdeckungsgrad des Strahls durch die Bahn Schallwellen unterschiedlicher Energie in den Empfänger gelangen.

Das Wesen der Erfindung soll an einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 die allgemeine Meßanordnung mit einem Ultraschalldetektor,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Verfahrensablaufs.

In Fig. 1 ist mit 1 schematisch die Materialbahn angedeutet, die über nicht dargestellte Rollen geführt wird. Oberhalb der Material­ bahn befindet sich der Sender 2, während unterhalb der Materialbahn der Empfänger 3 angeordnet ist. Sender und Empfänger sind im Kanten­ bereich der Materialbahn angeordnet, so daß der Schallstrahl teilweise von der Materialbahn abgedeckt wird. Je nach dem Abdeckungsgrad ge­ langt mehr oder weniger Schallenergie in den Empfänger, die ein Maß für die Lage der Bandkante bzw. der Materialbahn repräsentiert. An­ stelle des Durchstrahlverfahrens kann auch das nicht dargestellte Reflexionsverfahren angewendet werden. In diesem Fall sind Sender und Empfänger unter geeignetem Winkel auf der einen Seite der Material­ bahn angeordnet. Der vom Sender abgegebene Schallstrahl wird auf der Materialbahn reflektiert und gelangt danach in den Empfänger. Wie bereits erwähnt, treten jedoch auch an anderer Stelle reflektierte Strahlen zusätzlich in den Empfänger ein, die den Meßstrahl verstär­ ken oder schwächen und somit zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen.

In Fig. 2 sind wieder die Materialbahn 1, der Sender 2 und der Empfän­ ger 3 schematisch dargestellt. Der Ultraschallsender 2 wird von einem Impulsfolgegenerator 4 gespeist, der eine bestimmte Impulsfolge vorge­ gebener Folgefrequenz abgibt. Wie bereits erwähnt, läßt sich das Ver­ fahren auch mit Einzelimpulsen durchführen. In diesem Fall wird an­ stelle des Impulsfolgegenerators 4 ein Impulsgenerator verwendet. Diese elektrische Impulsfolge wird im Sender in ein Schallwellenpaket umgewandelt, abgestrahlt und als Schallwellenpaket vom Empfänger empfangen, wobei die empfangene Energie vom Abdeckungsgrad des Strahls durch die Materialbahn bestimmt wird. Die Schallwellen werden im Empfänger direkt in elektrische Signale umgewandelt, gegebenenfalls in einem Verstärker 5 verstärkt und dann einer aktivierbaren Abtast­ einrichtung 6 zugeführt. Die Abtasteinrichtung 6 weist einen Schalter 7 auf, der die vom Verstärker 5 abgegebenen Signale dem Spitzenwertgleichrichter 8 zuführt. Der Spitzengleichrichter 8 besteht beispielsweise aus der Zusammenschaltung einer Diode mit einem Konden­ sator, wie es symbolisch dargestellt ist. Nach Beendigung der Abtast­ periode wird der Schalter 7 geöffnet und der im Spitzenwertgleichrich­ ter festgehaltene Wert mittels einer Übertragungsschaltung 9 einem Speicher 9 zugeführt. Die Übertragungsschaltung 9 kann beispielsweise aus einem Schalter 11 und einem Kondensator 10 bestehen. Durch Schließen des Schalters 11 wird die Ladung aus dem Spitzenwertgleich­ richter auf den Kondensator 10 übertragen und dann zur Weiterverarbei­ tung einem nicht näher dargestellten Speicher zugeführt.

Zur Erläuterung des Funktionsablaufs wird Fig. 3 herangezogen. Die Ablaufsteuerung wird von einem Impulsgenerator 13 beaufschlagt, der gleichzeitig Impulse an den Impulsfolgegenerator 4 liefert. Zum Zeit­ punkt T 1 schließt die Ablaufsteuerung den Schalter 14 und aktiviert den Impulsfolgegenerator, der beispielsweise eine Impulsfolge mit drei Impulsen abgibt. Demzufolge strahlt der Sender 2 ein Wellenpaket mit der gleichen Periodendauer ab. Zum Zeitpunkt T 2 wird über die Ablauf­ steuerung 12 der Schalter 14 geöffnet und der Schalter 7 geschlossen. Die Zeitdifferenz T 2 - T 1 entspricht etwa der Laufzeit der Schallwellen vom Sender zum Empfänger. Der Schalter 7 bleibt so lange geschlossen, daß etwa drei Perioden von der Abtastschaltung 6 erfaßt werden. Zum Zeitpunkt T 3 öffnet der Schalter 7, und der Spitzenwertgleichrichter behält den Spitzenwert, der im Zeitbereich T 3 - T 2 auftritt. Zum Zeitpunkt T 4 wird der Schalter 11 geschlossen und der Spitzenwert auf einen Speicher 10 übertragen. Danach ist der Spitzenwertgleichrichter wieder auf Null gestellt, und der Zyklus beginnt von neuem. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß während der Abtastperiode nur das Meß­ signal erfaßt wird und keine störenden Reflexionen, die zu einem spä­ teren Zeitpunkt eintreffen würden, den Meßwert beeinflussen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Positionserfassung der Bandkante einer Material­ bahn mittels eines im Bandkantenbereich angeordneten, aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Ultraschall-Detektors, wobei die empfangenen Schallwellen in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sender (2) Einzelimpulse oder aus Einzelimpulsen beste­ hende Wellenpakete zu einem vorgegebenen ersten Zeitpunkt (T 1) abstrahlt,
daß der Empfänger (3) zu einem zweiten Zeitpunkt (T 2) den Einzel­ impuls oder das Wellenpaket empfängt und in ein elektrisches Schwingungspaket umwandelt, wobei die Zeitspanne (T 2 - T 1) zwi­ schen dem ersten und den zweiten Zeitpunkt ungefähr gleich der Laufzeit der Schallwellen zwischen Sender (2) und Empfänger (3) ist,
daß ein durch eine vorgegebene Zeitspanne (T 3 - T 2) im Anschluß an den zweiten Zeitpunkt begrenzter Bereich des Schwingungspaketes abgetastet und der Abtastwert zu einem späteren Zeitpunkt (T 4) gespeichert wird, wobei die Zeitspanne (T 3 - T 1) zwischen dem Ende der Abtast­ zeitspanne (T 3 - T 2) und dem ersten Zeitpunkt (T 1) kürzer ist als eine Zeitspanne, die ein Reflexionsstörsignal benötigt, das als Signal vom Sender im ersten Zeitpunkt (T 1) abgegeben wurde und über einen Umweg auf den Empfänger gelangt, und
daß die Pausenzeit bis zur Abstrahlung des nächsten Einzelimpul­ ses oder Wellenpaketes so groß ist, daß die Reflexionsstörsi­ gnale des vorhergehenden Einzelimpulses oder Wellenpaketes abgeklungen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastwert in der Abtastperiode der Spitzenwert des abge­ tasteten Schwingungspaketbereiches ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastbereich die ersten drei bis fünf Perioden des Schwingungspakets erfaßt.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem aus einem Sender und einem Empfänger bestehen­ den Ultraschall-Detektor, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (2) von einem Impulsfolgegenerator (4) gespeist wird, daß dem ein elektrisches Signal abgebenden Empfänger (3) ein akti­ vierbarer Spitzenwertgleichrichter (6) und diesem eine aktivierbare Übertragungsschaltung (9) zur Übertragung des Spitzenwertes auf einen Speicher (10) nachgeschaltet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (13) vorgesehen ist, der eine Ablauf­ steuerung (12) und den Impulsfolgegenerator (4) beaufschlagt, daß die Ablaufsteuerung (12) den Impulsgenerator (4) zur Erzeu­ gung von Impulsfolgen veranlaßt, den Spitzenwertgleichrichter (6) in der Abtastperiode aktiviert und anschließend die Übertragungs­ schaltung (9) veranlaßt, den Spitzenwert abzuspeichern.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (2) und Empfänger (3) auf der gleichen Seite der Materialbahn (1) angeordnet sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (2) und Empfänger (3) auf verschiedenen Seiten der Ma­ terialbahn angeordnet sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Ultraschall-Wandler als Sender und Empfänger unter einer entsprechenden Steuerung arbeitet.