DE3637858A1 - Verfahren und anordnung zur messung der dicke eines fadenfoermigen objekts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anord­ nung zur Messung der Dicke eines fadenförmigen Ob­ jekts.

Die Messung der Dicke von fadenförmigen Objekten ist insbesondere zur Überwachung der Herstellung derarti­ ger Objekte erforderlich. Dabei kann es sich um Glas­ fasern, Drähte und textile Fasern handeln. Bei be­ kannten Verfahren zur Messung der Dicke eines faden­ förmigen Objekts (beispielsweise DE 32 34 330 A1) wird das Objekt von einer Lichtquelle beleuchtet und der auf eine Photodiodenzeile fallende Schatten des Objekts durch Abtastung der Photodiodenzeile und Aus­ wertung der durch die Abtastung entstehenden Signale gemessen. Bei diesen Verfahren ist jedoch durch die endliche Kleinheit der einzelnen Photodioden die Meß­ genauigkeit begrenzt.

Es sind ferner Geräte zur Dickenmessung bekannt, bei welchen ein oszillierend abgelenkter Laserstrahl das zu messende Objekt abtastet. Diese Geräte sind je­ doch u. a. wegen der komplizierten optischen Einrich­ tungen sehr aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung der Dicke eines fadenförmigen Objekts anzugeben, welche einfach und preiswert sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Lichtstrahl im wesentlichen senk­ recht zu seiner Strahlungsrichtung über das Objekt parallelverschoben wird und daß aus der Dauer der Unterbrechung des Lichtstrahls die Dicke des Objekts errechnet wird.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine Lichtquelle mit einer ersten Lochblende und ein opto- elektrischer Wandler mit einer zweiten Lochblende derart angeordnet sind, daß der Lichtstrahl von der Lichtquelle durch die erste und durch die zweite Lochblende zum opto-elektrischen Wandler gelangt, und daß zwischen den Lochblenden ein Raum zur Auf­ nahme des Objekts vorgesehen ist.

Dabei kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, daß die Lichtquelle, die Lochblenden und der opto- elektrische Wandler auf einer Geraden angeordnet sind. An sich wäre im Rahmen der Erfindung im Einzel­ fall auch eine Strahlenumlenkung möglich, welche jedoch gegenüber dieser Weiterbildung einen zusätz­ lichen Aufwand bedeutet. Zur einfachen Ausführung der Bewegung kann gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen sein, daß die Lichtquelle, die Lochblen­ den und der opto-elektrische Wandler auf einem beweg­ lichen Schlitten angeordnet sind.

Um einen Raum für das zu messende Objekt zu erhal­ ten, ist gemäß einer weiteren Weiterbildung der Schlitten mindestens teilweise gabelförmig ausgebil­ det.

Zur wiederholten Messung der Dicke, insbesondere eines Fadens oder einer Glasfaser innerhalb oder am Ende des Fertigungsprozesses, dient eine andere Wei­ terbildung, die darin besteht, daß der Schlitten mit einem oszillierenden Antrieb versehen ist. Dabei kann der Antrieb eine oder mehrere Spulen umfassen.

Periodisch wiederholte Messungen werden auch durch eine andere Weiterbildung ermöglicht, gemäß der die Lichtquelle, die Lochblenden und der opto-elektri­ sche Wandler auf einer drehbaren Halterung angeord­ net sind, welcher ein Spiegel gegenübersteht.

Dabei bestehen vorteilhafte Ausgestaltungen darin, daß der Spiegel senkrecht zur Drehachse der drehba­ ren Halterung steht und daß die Lichtstrahlen zwi­ schen der Lichtquelle und dem Spiegel und zwischen dem Spiegel und dem opto-elektrischen Wandler je einen spitzen Winkel mit je einer parallel zur Dreh­ achse der drehbaren Halterung verlaufenden Geraden bilden.

Andere vorteilhafte Ausgestaltungen sehen vor, daß die Lichtquelle eine Laserdiode und der opto-elek­ trische Wandler eine Photodiode ist. Schließlich be­ steht eine andere vorteilhafte Weiterbildung darin, daß zur Ermittlung der Dauer der Unterbrechung und zur Errechnung der Dicke des Objekts eine an sich bekannte Schaltung zur Ermittlung der Impulsbreite und ein Mikrocomputer vorgesehen sind.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind schematisch in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be­ schrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung besteht der bewegliche Schlitten im wesentlichen aus einem U- bzw. gabelförmig gebogenen Blechstreifen 1, der das senkrecht zur Papierebene verlaufende Objekt 2 einschließt. Dabei ist vorteilhaft, daß der Schlit­ ten nach einer Seite offen ist, wodurch eine Messung der Dicke des Objekts 2 möglich ist, ohne das Objekt einfädeln zu müssen.

Mit Hilfe von ebenfalls nur schematisch dargestell­ ten Lagern 3, 4, 5, 6 ist der Schlitten auf zwei Schienen 7, 8 verschiebbar gelagert.

An zwei gegenüberliegenden Seiten des Schlittens sind die Laserdiode 9 und die Photodiode 10 angeord­ net. Sie sind jeweils mit einer Lochblende 11, 12 versehen, wobei im einfachsten Fall der Blechstrei­ fen 1 mit entsprechenden Löchern versehen sein kann. Aus fertigungstechnischen Gründen kann jedoch ein jeweils getrenntes die Lochblende bildendes Teil vor­ gesehen sein, wobei sogar durch eine entsprechende Halterung ein Auswechseln der Lochblenden möglich sein kann. Je nach erforderlicher Auflösung kann der Durchmesser der Löcher im Mikrometer-Bereich liegen. Derartige Löcher lassen sich mit Hilfe der Ionen­ strahltechnik leicht herstellen.

Zum Antrieb des Schlittens ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Spule 13 vorgesehen, in welche ein an dem Blechstreifen 1 angeordneter Mag­ netkern 14 eingreift. Zur besseren Halterung des Magnetkerns 14 ist der Blechstreifen 1 bei 15 durch eine entsprechende Formgebung verstärkt.

Gegebenenfalls können die Lager auch als Spulen aus­ gebildet sein. Auch eine Rückmeldung der Stellung des Schlittens ist möglich, die zu einer Regelung der Schlittenbewegung herangezogen werden kann.

In diesem Zusammenhang wird nochmals vermerkt, daß die Erfindung auch andere Ausführungsformen und Wei­ terbildungen umfaßt. Für eine sehr schnelle Bewegung des Schlittens kann es beispielsweise zweckmäßig sein, die Spule am Schlitten und einen Kern oder einen Permanentmagneten ähnlich einem Lautsprecheran­ trieb ortsfest vorzusehen. Die Zuleitungen können - wie ebenfalls aus der Lautsprechertechnik bekannt - äußerst flexibel gestaltet werden.

In der Zeichnung sind ebenfalls schematisch eine Stromversorgungseinrichtung 16 für die Laserdiode 9 sowie eine Stromversorgungseinrichtung 17 für die Spule 13 dargestellt. Dabei sind gegebenenfalls die Spannung und die Frequenz der Stromversorgungsein­ richtung 17 einstellbar.

Die Ausgangsspannung der Photodiode 10 wird einem Verstärker 21 zugeführt. Ist der Durchmesser des Lichtstrahls 20 nicht sehr viel kleiner als die zu messende Dicke, so sind auch die Flanken des Aus­ gangssignals der Photodiode nicht vernachlässigbar. Mit Hilfe einer Schwellwertschaltung 22, beispiels­ weise eines Schmitt-Triggers, wird deshalb ein Recht­ eckimpuls geformt, der die Breite des trapezförmigen Impulses bei der halben Amplitude aufweist.

In an sich bekannter Weise wird dann die Breite des Rechteckimpulses durch Zählen von Zählimpulsen, die eine wesentlich höhere Frequenz aufweisen, ermit­ telt. Der Ausgang des Zählers 23 ist mit einem Perso­ nalcomputer 24 verbunden, wo die weitere Auswertung durchgeführt wird. Insbesondere bei einer oszillie­ renden Bewegung des Schlittens kann eine nicht zeit­ lineare Bewegung auftreten. Es ist jedoch mit ein­ fachen Mitteln durchaus möglich, dieses bei der Aus­ wertung der Impulsbreite zu berücksichtigen.

Fig. 2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel in zwei Ansichten. Auf einer als Scheibe 26 ausgebildeten drehbaren Halterung befinden sich die Lichtquelle 9, die Lochblenden 11, 12 und der opto-elektrische Wand­ ler 11. Die drehbare Halterung 26 ist auf der Welle 27 eines Motors 28 angeordnet. Zur Zuleitung der Betriebsspannung für die Lichtquelle 9 sowie zur Ableitung der Ausgangsspannung des opto-elektrischen Wandlers 10 sind Schleifringe 29 vorgesehen, welche mit Schleifern 30 in leitender Verbindung stehen. Der Scheibe 26 steht ein Spiegel 31 gegenüber, so daß der von der Lichtquelle 9 und der Lochblende 11 ausgehende Strahl reflektiert und zur Lochblende 12 bzw. zum opto-elektrischen Wandler 10 geleitet wird.

Im Raum zwischen der Scheibe 26 und dem Spiegel 31 befindet sich das zu messende Objekt 2, welches vor­ zugsweise durch die Drehachse der Scheibe 26 geführt ist. In diesem Fall ist nämlich der Winkel, welcher von der Bewegung des Lichtstrahls und der Längsaus­ dehnung des Objekts 2 gebildet wird mit guter Nähe­ rung ein rechter Winkel, so daß eine Berücksichti­ gung eines abweichenden Winkels bei der Auswertung gegebenenfalls entfallen kann.

Während einer Umdrehung der Scheibe 26 wird zwar der Lichtstrahl zweimal vom Objekt 2 unterbrochen, was sich jedoch nicht störend bemerkbar macht.

Zur Vermeidung einer Unwucht kann gegenüber der Lichtquelle und dem opto-elektrischen Wandler ein Gegengewicht angeordnet sein, das in Fig. 2 nicht dargestellt ist.

Es ist durchaus im Rahmen der Erfindung möglich, die Lichtquelle und den opto-elektrischen Wandler um 180° versetzt auf der Scheibe anzuordnen. In diesem Fall müßte jedoch das fadenförmige Objekt 2 außer­ halb der Drehachse durch den Zwischenraum zwischen der Scheibe und dem Spiegel geführt werden, was eine Korrektur des Meßergebnisses erfordert, da der Licht­ strahl das Objekt dann nicht senkrecht zu dessen Längsrichtung abtastet.

Die Auswertung der Ausgangssignale des opto-elektri­ schen Wandlers kann in ähnlicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgen.

Claims (13)

1. Verfahren zur Messung der Dicke eines fadenförmigen Objekts, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl im wesentlichen senkrecht zu seiner Strahlungsrichtung über das Objekt parallel­ verschoben wird und daß aus der Dauer der Unterbrechung des Lichtstrahls die Dicke des Objekts errechnet wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (9) mit einer ersten Lochblende (11) und ein opto-elektrischer Wandler (10) mit ei­ ner zweiten Lochblende (12) derart angeordnet sind, daß der Lichtstrahl von der Lichtquelle (9) durch die erste und durch die zweite Lochblende (11, 12) zum opto-elektrischen Wandler (10) gelangt, und daß zwischen den Lochblenden (11, 12) ein Raum zur Aufnahme des Objekts (2) vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquelle (9), die Lochblenden (11, 12) und der opto-elektrische Wandler (10) auf einer Geraden angeordnet sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (9), die Lochblenden (11, 12) und der opto-elektrische Wandler (10) auf einem beweglichen Schlitten angeordnet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schlitten mindestens teilweise gabelförmig ausgebildet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten mit einem oszillierenden Antrieb (13, 14) versehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antrieb eine oder mehrere Spulen (13) um­ faßt.

8. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquelle (9), die Lochblenden (11, 12) und der opto-elektrische Wandler (10) auf einer drehbaren Halterung (26) angeordnet sind, welcher ein Spiegel (31) gegenübersteht.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spiegel (31) senkrecht zur Drehachse der drehbaren Halterung (26) steht.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen zwischen der Lichtquelle (9) und dem Spiegel (31) und zwischen dem Spiegel (31) und dem opto-elektrischen Wandler (10) je einen spitzen Winkel mit je einer parallel zur Drehachse der drehbaren Halterung (26) verlaufenden Geraden bilden.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (9) eine Laserdiode ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der opto-elektrische Wandler (10) eine Photo­ diode ist.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Dauer der Unterbrechung und zur Errechnung der Dicke des Objekts eine an sich bekannte Schaltung (22, 23) zur Ermittlung der Impulsbreite und ein Mikrocomputer (24) vorgesehen sind.