DE3642377A1

DE3642377A1 - Verfahren und vorrichtung zur abmessung der dicke einer folien- oder blattartigen materialbahn

Info

Publication number: DE3642377A1
Application number: DE19863642377
Authority: DE
Inventors: Tapio Makkonen
Original assignee: SENSODEC Oy
Current assignee: TAPIO TECHNOLOGIES OY, ESPOO, FI
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1987-11-19
Also published as: CA1269525A; SE8604020D0; FI862006A0; FI83911B; SE464207B; SE8604020L; US4773760A; FI862006A; FI83911C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Dicke einer folien- oder blattartigen Materialbahn gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Meßeinrichtung zur Messung der Dicke einer folien- oder blattartigen Materialbahn gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 6.

Allgemein werden Dickenmessungen an Materialbahnen, insbesondere bei Papiermaschinen, dadurch vorgenommen, daß die Materialbahn in Berührung mit einer Oberfläche eines stationären Teiles eines Detektors ist und mit ihrer anderen Oberfläche an einem bewegba ren Teil anliegt, das sich entsprechend der Materialbahndicke bewegt und beispielsweise induktiv die Entfernung des sich bewegenden Teils von dem stationären Teil mißt. Wenn die Detekto ren die Materialbahn bei der Messung gleichmäßig die gesamte Zeit über beiden Seiten kontaktieren, wird eine genaue Messung der Dicke erreicht. Aus diesem Grund wurde der bewegbare Teil so leicht ausgebildet, daß er in der Lage ist, sich schnell zu bewegen und daß er nicht die Materialbahn zu beschädigen vermag. Wegen dieses leichten Gewichtes kann das Flattern der Material bahn den bewegbaren Teil derart hin und her bewegen bzw. auf schaukeln, daß die Materialbahn den Detektor an ihren beiden Oberflächen nicht mehr berührt, und hierdurch wird ein ungenaues Meßergebnis erzielt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der bewegbare Teil eine bestimmte Masse besitzt und daß die Trägheit dieser Masse zur Folge hat, daß es nicht schnell raschen Änderun gen der Materialbahndicke, geschweige denn dem Materialbahnflat tern folgen kann, und dies führt zu ungenauen Messungen.

Bei Dickendetektoren, die bisher verwendet werden, sind Modifi kationen des obigen Prinzips angewendet worden, wobei das grundlegende Prinzip jedoch noch darin besteht, daß die Material bahn zwischen zwei Körpern hindurchtritt, wobei der Abstand zwischen diesen gemessen wird, wobei dieser Abstand als propor tional zu der Materialbahndicke angenommen wird, während Mate rialbahnflattern unter anderem fehlerhafte Meßergebnisse verur sacht.

Ein anderer Stand der Technik zur Messung einer Materialbahndicke ist in den US-Patenten Nr. 35 36 405, 40 68 955 und 36 71 726 beschrieben, wobei eine Materialbahndickenmessung ohne Material bahnberührung erreicht wird. Diese Verfahren sind jedoch bei breiten Materialbahnen nicht verwendbar, da Detektoren, die von gestreckten Halteaufbauten an jeder Seite der Materialbahn gehalten sind, einer Vibration unterworfen sind, die durch das Laufen der Maschine verursacht wird, wodurch das Meßergebnis nicht genau ist, insbesondere aufgrund des Umstandes, daß die Dicken, die gemessen werden sollen, in der Größenordnung von einigen µm oder höchstens ein paar Millimetern liegen, aus welchen Grund selbst kleinere Schwingungen einen hohen relativen Fehler einführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu beseitigen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Materialbahndickenmessung zu schaffen, bei dem die extern bedingte Ungenauigkeit der Messung eliminiert werden kann, welche von der Bewegung der Materialbahn und von der die Materialbahn in Bewegung setzenden Maschine sowie aufgrund der Ungleichförmigkeit der Materialbahn herrühren. Desweiteren soll mit der Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung für den Fall geschaffen werden, bei dem eine genaue Anordnung und Kalibrierung der verwendeten Detektoren nicht so kritisch wie bei vorhandenen Verfahren und Einrichtungen ist, weil die Detektoren selbst messen und jegliche kleineren Fehler berücksichtigen, die durch ihre Anordnung und Befestigung bedingt sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 6 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind in den jeweils nachgeordneten Patentansprüchen enthalten.

In vorteilhafter Weise zeichnet sich das Meßverfahren gemäß der Erfindung dadurch aus, daß an beiden Seiten der Materialbahn, die man messen möchte, Meßköpfe angeordnet worden sind, deren Abstand voneinander zur gleichen Zeit wie der Abstand jedes Meßkopfes von der zwischen diesen vorgesehenen Materialbahn gemessen wird, wobei aus diesen drei gemessenen Größen die Materialbahndicke in einfacher Weise entweder analog oder digital durch Rechnung ermittelt werden kann.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, daß sie an beiden Seiten der Materialbahn zu montierende Meßköpfe besitzt, welche wenigstens einen Detektor zur Messung der Entfernung zwischen diesen Meßköpfen aufweisen. Ferner umfaßt jeder Meßkopf Detektoren zur Messung der Entfernung der Materialbahnoberfläche an der jeweiligen Seite von dem Meßkopf.

Mit dem erfindungsgemäßen Meßverfahren und der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung kann die Materialbahndicke im wesentlichen kontinuierlich oder periodisch nach dem jeweiligen Bedarf gemessen werden. Wesentlich ist, daß zu jeder Zeit simultane Messungen der Entfernungen der Meßköpfe von den jeweiligen Materialbahnoberflächen und des Abstandes der Meßköpfe vorgenom men werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Meßverfahrens und der erfin dungsgemäßen Meßeinrichtung im Vergleich zum Stand der Technik besteht darin, daß von außen aufgebrachte Schwingungen und Stöße durch das Laufen der Maschine oder durch Materialbahnungleich mäßigkeiten keinen Einfluß auf das Meßergebnis ausüben und das statt dessen durch die simultane Verwendung von drei unterschied lichen Detektoren gemäß der Erfindung die Störeffekte erfolgreich eliminiert werden, denen man bei Messungen begegnet, die mit Einrichtungen nach dem Stand der Technik durchgeführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine andere Ansicht der Ausführungsform von Fig. 1; und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Eine Meßvorrichtung gemäß der Erfindung, die in den Fig. 1 und 2 abgebildet ist, weist zwei dicht benachbarte Meßköpfe 4 und 11 auf. Zwischen diesen Meßköpfen ist eine zu messende Materialbahn 5 angeordnet, die keinen Kontakt mit den Meßköpfen besitzt. Der Meßkopf 4 enthält eine Lichtquelle 1, die einen schmalen Licht strahl aussendet. Der von dieser Quelle stammende Lichtstrahl trifft auf die obere Fläche 14 der darunter befindlichen Mate rialbahn 5, und dieser beleuchtete Punkt wird als Bild auf der Lageabfühlfläche des Empfängers 2 reproduziert. Die Lage des Bildes des beleuchteten Punktes auf der Lageabfühlfläche des Empfängers 2 ändert sich, wenn sich der Abstand der oberen Materialbahnoberfläche von dem Meßkopf 4 ändert. Anders ausge drückt, erhält man von dem Empfänger 2 ein Signal U 1, dessen Größe proportional zum Abstand des Meßkopfes 4 von der oberen Fläche 14 der Materialbahn ist.

Unterhalb der Materialbahn 5 ist in ähnlicher Weise ein Meßkopf 11 mit einer einen Lichtstrahl aussendenden Lichtquelle 6 und einem Empfänger vorgesehen, wobei dieser Empfänger ein Signal U 2 erzeugt, dessen Größe proportional zu dem Abstand des Meßkopfes 11 von der Unterseite 15 der Materialbahn ist.

Der Meßkopf 11 enthält einen Induktionsdetektor oder einen Meßwertaufnehmer 8 bzw. Wandler, der die Unterseite 3 des Meßkopfes 4 nahe des induktiven Wandlers 8 abfühlt, wobei er ein Signal U 3 liefert, das proportional zu dem Abstand zwischen den Meßköpfen 4 und 11 ist. Aus dem Signal U 3 wird der wahre Abstand L 3 zwischen den Meßköpfen 4 und 11 ermittelt, und in ähnlicher Weise ergibt das Signal U 1 den wahren Abstand L 1 des Meßkopfes 4 von der Unterseitenfläche 14 der Materialbahn, insbesondere der Papierbahn, und das Signal U 2 ergibt die richtige Entfernung L 2 des Meßkopfes 11 von der Unterseitenfläche 15 der Materialbahn 5, insbesondere der Papierbahn. Somit erhält man die Dicke der Materialbahn, insbesondere der Papierbahn wie folgt:

T=L 3 -L 1 -L 2

Da es jedoch schwierig ist, mit einem induktiven Wandler den Abstand zwischen Meßköpfen genau an derselben Stelle zu messen, an der die Strahlen der optischen Detektoren die Materialbahn treffen, ist der induktive Wandler außerhalb der imaginären Ebene angeordnet, welche die optischen Detektoren verbinden. Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, wird für den Fall, daß die Meßköpfe 4 und 11 nicht konstant in einer vorgegebenen festen Lage relativ zueinander sind, der Abstand zwischen diesen Meßköpfen mit den beiden Detektoren 8 und 9 gemessen, wodurch es möglich wird, die potentielle Änderung der relativen Lage der Meßköpfe zu bestimmen und gleichzeitig die richtige gegenseitige Entfernung der Meßköpfe am Meßpunkt der optischen Detektoren zu finden.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfin dung dargestellt, bei dem der Abstand zwischen den Meßköpfen 4 und 11 mit einem optischen Detektor gemessen wird. In dem Meßkopf 11 ist eine Lichtquelle 12 angeordnet, die einen schmalen Lichtstrahl aussendet, wobei diese Lichtquelle Licht mit einer derartigen Wellenlänge aussendet, daß es durch die Materialbahn, insbesondere die Papierbahn zum Auftreffen auf die Oberfläche 3 des Meßkopfes 4 hindurchtritt, und ein Bild dieses Lichtfleckes wird auf der Lageabfühlfläche des Empfängers 13 gebildet. In diesem Fall kann beispielsweise eine Infrarotstrahlung erwogen werden. Von dem Empfänger 13 erhält man dann ein Signal, dessen Größe proportional zu dem Abstand zwischen den Meßköpfen ist.

Durch richtiges Auswählen der Einfall- und Ausfallwinkel der Lichtstrahlen der optischen Detektoren, können alle Entfernungen auf einer geraden Linie senkrecht gegen die Materialbahn bestimmt werden, und demzufolge wird nur ein optischer Detektor zum Messen der Entfernung zwischen den Meßköpfen 4 und 11 benötigt, selbst wenn die Lage der Meßköpfe relativ zueinander sich etwas ändern sollte.

Für den Fachmann ist klar, daß verschiedene Ausbildungsformen der Erfindung nicht nur auf die dargestellten Beispiele beschränkt sind, sondern vielmehr innerhalb des Schutzbereiches der Ansprü che variiert werden können. Beispielsweise können hinsichtlich des Messens des Abstandes zwischen den Meßköpfen und des Abstan des zwischen Meßkopf und Materialbahn auch andere Verfahren und andere Arten von Vorrichtungen als vorstehend erläutert verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Abmessung der Dicke einer folien- oder blattartigen Materialbahn, bei dem mit Hilfe von Meßköpfen (4, 11), die an beiden Seiten der Materialbahn (5) angeordnet sind, und von Detektoren (2, 7), die in diesen vorgesehen sind, die Entfernungen der Meßköpfe von den jeweiligen Oberflächen (14, 15) der Materialbahn gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Meßköpfen (4, 11) relativ zueinander gemessen wird, und daß aus den drei auf diese Weise erhaltenen Meßergebnissen die Dicke der Materialbahn (5) berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Meßköpfen (4, 11) optisch gemessen wird, wobei eine Wellenlänge verwendet wird, die durch die Materialbahn (5) hindurchdringt, welche zwischen den Meßköpfen angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Meßköpfen (4, 11) mit einem induktiven Meßinstrument gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Oberflächen (14, 15) der Materialbahn von den jeweiligen Meßköpfen (4, 11) auf derselben Linie senkrecht gegen die Materialbahn gemessen werden, auf der der Abstand zwischen den Meßköpfen gemessen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Meßköpfen (4, 11) mit zwei Detektoren (8, 9) gemessen wird, und daß zwischen diesen an dem Mittelpunkt zwischen den Detektoren (8, 9) die Entfer nung der Oberfläche (14, 15) der Materialbahn (5) von dem jeweiligen Meßkopf gemessen werden.

6. Meßeinrichtung zur Messung der Dicke einer folien- oder blattartigen Materialbahn (5), bestehend aus Meßköpfen (4, 11), die in einer Entfernung an beiden Seiten der Material bahn (5) angeordnet sind und Detektoren (2, 7) für das Messen der Entfernung jedes Meßkopfes von der Oberfläche (14, 15) der Materialbahn (5) an der jeweiligen Seite aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Detektor (8) zum Messen der gegenseitigen Entfernung der Meßköpfe (4, 11) aufweist.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung wenigsten zwei Detektoren (8, 9) zur Messung des Abstandes zwischen den Meßköpfen (4, 11) aufweist.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in einem der beiden Meßköpfe (4, 11) wenigsten zwei Detektoren zur Messung der Entfernung zwischen dem Meßkopf und der Materialbahnoberfläche an der Seite aufweist.

9. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 6- 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine optische Meßeinrichtung zur Messung der Entfernung zwischen den Meßköpfen aufweist, wobei diese Meßeinrichtung eine Wellenlänge verwendet, die durch die zwischen den Meßköpfen angeordnete Materialbahn (5) hin durchdringt.

10. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine induktive Meßeinrichtung zur Messung der Entfernung zwischen den Meßköpfen (4, 11) besitzt.

11. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßköpfe (4, 11) und der Detektor (13), der den Abstand zwischen den Meßköpfen mißt, derart angeordnet worden sind, daß die Meßpunkte bei den jeweiligen Messungen auf einer geraden Linie senkrecht gegenüber der Materialbahn (5) bei der Messung angeordnet sind.

12. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 6-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zwei Detektoren (8, 9) aufweist, die derart in ein und demselben Meßkopf (11) angeordnet sind, daß die Messung der Meßkopfentfernung von der Oberfläche der Materialbahn (5) zwischen den beiden Detektoren (8, 9) im wesentlichen an dem Mittelpunkt stattfindet.