DE3701558A1

DE3701558A1 - Apparatus for determining the thickness of a layer

Info

Publication number: DE3701558A1
Application number: DE19873701558
Authority: DE
Inventors: Juerg Zuber
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1987-01-21
Filing date: 1987-01-21
Publication date: 1988-08-04

Abstract

In an apparatus for determining the thickness of a layer of, in particular flowable, for example pasty, material to be processed on a roll of a rolling mill, at least two contactlessly operating measuring devices (1, 2) are provided. Of these, one measures the distance from the surface of the roll, in particular by inductive means, and the other measures the distance from the surface of the material to be processed. For measuring the distance from the surface (10) of the material to be processed, a measuring device, in particular an optical measuring device, operating with electromagnetic beams and having a lens system (7) is provided, the optical axis (A) of which, adjacent to the surface of the material, forms with the radial to the roll (9) an angle between 0 and 15@, in particular lies in the radial to the roll. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen der Schichtdicke nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for determining the layer thickness according to the preamble of claim 1.

Die Dicke der Schicht des zu verarbeitenden Gutes auf einer Walze eines Walzwerkes steht in direkter Abhängigkeit von der Grösse des Walzenspaltes, mit welchem unter anderem der Zer kleinerungsgrad bzw. die Feinheit der Vermahlung sowie eine entsprechende Durchmischung bestimmt ist. Die Korngrösse der bei spielsweise in einer pastösen Masse vorliegenden Feststoffe, z.B. Pigmente od.dgl., bestimmt jedoch in hohem Masse die Produktei genschaften. So kann beispielsweise bei einer Druckfarbe nur dann eine bestimmte feine Wiedergabe erreicht werden, wenn beispiels weise die einzelnen Pigmentpartikelchen wesentlich kleiner sind als der Rasterpunkt. Auch bei anderen Produkten, wie beispiels weise Nahrungsmitteln u.dgl., wird die Eigenschaft des Produktes von der Feinheit bzw. Korngrösse des vermahlenen Gutes bestimmt. Beispielsweise spielt die Korngrösse der Zuckerpartikel in Scho kolade eine wesentliche Rolle.The thickness of the layer of material to be processed on one Roll of a rolling mill is directly dependent on the Size of the nip with which, among other things, the Zer Degree of reduction or the fineness of the grinding and a appropriate mixing is determined. The grain size of the at for example solids present in a pasty mass, e.g. Pigments or the like, but determines the product to a high degree properties. For example, with a printing ink only then a certain fine rendering can be achieved if, for example as the individual pigment particles are much smaller than the halftone dot. Also with other products, such as wise food and the like, the property of the product determined by the fineness or grain size of the ground material. For example, the grain size of the sugar particles plays in lap kolade an essential role.

Wie obigen Ausführungen zu entnehmen, ist somit die Ueberwachung bzw. Steuerung des Walzenspaltes von besonders hohem Interesse, wobei der Walzenspalt indirekt über die Schichtdicke des verar beiteten Gutes auf der Walze bestimmt werden kann.As can be seen from the above explanations, the monitoring is thus control of the nip of particularly high interest, wherein the nip indirectly over the layer thickness of the process processed goods can be determined on the roller.

In der DE-PS 12 18 854 wurde schon vorgeschlagen, die Schicht dicke des Walzgutes mittels einer an der Walze anliegenden Rolle abzutasten, über ein Hebelsystem zu vergrössern und für die Steuerung des Walzenspaltes zu verwenden. Einerseits bedingen aber die zahlreichen Hebel und ihre Lagerstellen eine grosse Ungenauigkeit, anderseits wird eine zusätzliche Ungenauigkeit dadurch bewirkt, dass die Fühlerwalze an der Schicht anliegen muss und dabei deren Dicke notwendigerweise mit beeinflusst. Ausserdem klebt das Mahlgut an der Fühlerwalze und verändert so den Messwert.In DE-PS 12 18 854, the layer has already been proposed thickness of the rolling stock by means of a roller resting on the roller to scan, enlarge via a lever system and for the Control of the nip to be used. Condition on the one hand but the numerous levers and their bearings are a big one Inaccuracy, on the other hand, becomes an additional inaccuracy causes the feeler roller to lie against the layer must and thereby necessarily influences their thickness. In addition, the regrind sticks to the feeler roller and thus changes the measured value.

Aus der CH-PS 6 50 077 ist nun auch eine pneumatische Abtastung der Oberfläche der Schicht bekannt geworden, die zur Vergrösse rung der Genauigkeit bzw. zur Ausschaltung von möglicherweise vorhandenen Exzentrizitäten der jeweiligen Walze mit einem in duktiven Fühler zur Bestimmung der Lage der Oberfläche der Wal ze verbunden ist. Dies brachte natürlich bereits eine weitge hende Erhöhung der Genauigkeit, doch ergaben sich in der Praxis andere Probleme. Einerseits müssen nämlich die pneumatischen Zuleitungen an einem beweglichen Träger vorgesehen sein, was die Handlichkeit und letztlich auch die Standzeit eines solchen Gerätes beeinträchtigt. Dazu kommt, dass die Blasdüse relativ nahe an die Schicht herangebracht werden muss, woraus zweierlei unerwünschte Effekte entstehen: einerseits ist dadurch eine grosse Verschmutzungsgefahr gegeben, anderseits benötigt man zum Messen einen bestimmten pneumatischen Druck, der wiederum eine örtliche Verringerung der Schichtdicke mit sich bringt und damit das Messergebnis stört. Weiters wird ganz allgemein auch eine optische bzw. induktive Distanzmessmethode vorge schlagen.CH-PS 6 50 077 is now also a pneumatic scanning the surface of the layer has become known, for enlargement accuracy or to eliminate possible existing eccentricities of the respective roller with an in ductile feeler for determining the location of the surface of the whale ze is connected. Of course, this already brought a long increasing accuracy, but resulted in practice other problems. On the one hand, the pneumatic Supply lines can be provided on a movable support, what the manageability and ultimately the service life of such Device affected. Add to that the blowing nozzle relative must be brought close to the layer, which means two things undesirable effects arise: on the one hand, this is one there is a great risk of pollution, on the other hand you need to measure a certain pneumatic pressure, which in turn brings about a local reduction in the layer thickness and thus disturbs the measurement result. Furthermore, it becomes very general an optical or inductive distance measuring method is also featured beat.

Aus der FR-A-21 04 478 und der US-PS 27 73 412 sind bereits Basisentfernungsmesser bekannt geworden, die nach dem Prinzip der Reflexion eines auf die Oberfläche der Schicht gesandten Lichtstrahles arbeiten. Um eine möglichst grosse Basis zu er halten, liegen Lichtsender und Lichtempfänger in einem rela tiv weiten Abstand voneinander, wobei der Auftreffwinkel des Lichtstrahles auf die Oberfläche der Schicht verhältnismässig flach wird. Dies bedingt wiederum eine relativ nahe Anordnung der Messeinrichtung an der Schicht, was wiederum Verschmutzungs gefahr mit sich bringt. Der Hauptnachteil aber zeigt sich be reits deutlich anhand der Darstellungen in der US-PS 27 73 412 und besteht darin, dass für pastöse Schichten, wie sie Kakao masse, Schokolade oder Farben darstellen, sich eine relativ diffuse Reflexion ergibt, so dass eine genaue Messung überhaupt nicht möglich ist. Nun hat man in der US-PS 41 82 259 vorgeschla gen, den Winkel des Lichtstrahles zur Oberfläche noch flacher zu wählen, nämlich tangential zur Walzenoberfläche. Wenn nun eine Schneidenblende Streulicht oberhalb der Walze abschirmt, so ergibt sich an der gegenüberliegenden Walze ein Lichtsignal, des sen Grösse von der Grösse des Spaltes zwischen Schneidenblende und Walzenoberfläche abzüglich der Schichtdicke abhängig ist. Ein solches Messsystem würde an sich recht gut arbeiten, doch ist es von der genau tangentialen Einstellung zur Walzenober fläche abhängig. Einerseits ist dies im rauhen Alltagsbetrieb eines Walzwerkes schwer aufrecht zu erhalten, anderseits ergeben sich automatisch und zwangsläufig Abweichungen von der tangentialen Einstellung dadurch, dass Walzen nicht nur eine gewisse Exzen trizität aufweisen können, sondern dass gerade im Falle von Reib walzwerken deren Walzen im allgemeinen flotierend gelagert sind. Dies bedeutet, dass sich die Bewegung einer Walze auch auf die übrigen Walzen auswirkt, so dass sich Abweichungen in Abhängig keit von der Anzahl der Walzen summieren. Damit kann sich eine sehr grosse Abweichung von der tangentialen Lage ergeben, was letztlich ein genaues Messergebnis unmöglich macht. Somit schie nen berührungslose optische Messmethoden zum Messen von Schicht dicken auf Walzen, insbesondere von Reibwalzwerken, nicht an wendbar sein.From FR-A-21 04 478 and US-PS 27 73 412 are already Base rangefinder made known on the principle the reflection of one sent onto the surface of the layer Work light beam. In order to create the largest possible base hold, light transmitter and light receiver are in one rela tiv wide distance from each other, the angle of incidence of Light beam on the surface of the layer relatively becomes flat. This in turn requires a relatively close arrangement the measuring device on the layer, which in turn is pollution brings with it danger. The main disadvantage is apparent already clearly on the basis of the representations in US-PS 27 73 412 and is that for pasty layers like cocoa mass, chocolate or colors represent a relative diffuse reflection results, so that an accurate measurement at all not possible. Now one has proposed in US-PS 41 82 259 the angle of the light beam to the surface is even flatter choose, namely tangential to the roller surface. Now if one Cutting edge shields stray light above the roller, see above there is a light signal on the opposite roller, the Size of the size of the gap between the cutting edge and roll surface minus the layer thickness. Such a measuring system would work quite well in itself, but it is from the exactly tangential attitude to the roller top area dependent. On the one hand, this is in the rough everyday life of a rolling mill difficult to maintain, on the other hand, result automatically and inevitably deviations from the tangential Adjustment by rolling not just a certain amount tricity, but especially in the case of friction Rolling mills whose rolls are generally floating. This means that the movement of a roller also affects the other rollers affects, so that deviations depend on sum of the number of rollers. This can be a very large deviation from the tangential position result in what ultimately makes an exact measurement result impossible. So shoot Non-contact optical measurement methods for measuring layers do not thicken on rollers, especially on friction rollers be reversible.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung zu schaffen, die es erlaubt, die Schichtdicke von ver arbeitetem Gut auf einer Walze eines Walzwerkes genau zu bestim men, wobei einerseits Exzentrizitäten der Walze, die auch hei bester Verarbeitung der Walzen auftreten, wenn auch nur in ge ringfügiger Form, kompensiert werden, und anderseits eine kon tinuierliche, besonders störungsfreie, Messung erlauben, wobei gegebenenfalls eine Integration der Abstandswerte, d.h. der Schichtdicke, erfolgt. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnen den Merkmale des Anspruches 1 gelöst.The present invention has for its object a to create direction that allows the layer thickness of ver to exactly determine the material being worked on a roller of a rolling mill Men, on the one hand eccentricities of the roller, which is also called hot best processing of the rollers occur, if only in ge ring-like shape, to be compensated, and on the other hand a con allow continuous, particularly interference-free measurement, whereby if necessary, an integration of the distance values, i.e. the Layer thickness. This task is characterized by the solved the features of claim 1.

Dadurch, dass zwei Messvorrichtungen vorgesehen sind, und zwar eine zur Messung des Abstandes zur Walzenoberfläche und eine zur Messung des Abstandes von der Oberfläche des zu verarbeitenden Gutes, kann eine Kompensation der geometrischen Unregelmässig keiten einer Walze durchgeführt werden. Durch die Anordnung einer mit elektromagnetischen Strahlen arbeitenden, insbesondere opti schen Messeinrichtung, welche im wesentlichen normal zu einer Tangente der Walze liegt, wird das rückgestreute bzw. reflek tierte Licht als Massstab zur Entfernung verwendet, wobei auch bei stark streuendem Material noch ein ausreichendes Signal erhältlich ist. Weiter wird durch die nicht nur punktförmige, sondern flächenförmige Reflektierung der Strahlen eine Integrie rung der Messwerte erreicht.Because two measuring devices are provided, specifically one for measuring the distance to the roll surface and one for Measurement of the distance from the surface of the processed Good, can compensate for the irregular geometric a roller. By arranging one working with electromagnetic radiation, especially opti cal measuring device, which is essentially normal to a Tangent of the roller is the backscattered or reflective tated light used as a yardstick for removal, also with strong scattering material a sufficient signal is available. Furthermore, the not only punctiform, but a flat reflection of the rays an integral measurement values reached.

Weist die optische Messeinrichtung eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser, z.B. Halbleiterlaser, auf, die auf die Oberfläche des zu verarbeitende Gutes gerichtet ist, so kann einerseits unabhängig von den Lichtverhältnissen in der unmittelbaren Nähe des Walzwerkes gearbeitet werden, und anderseits besteht die Möglich keit, nur mit bestimmten Wellenlängen zu arbeiten, wobei beispielsweise Streuungen des Lichtes besonders günstig berück sichtigt werden können, und entsprechend leistungsfähige licht elektrische Wandler zum Einsatz kommen können.If the optical measuring device has a light source, in particular a laser, e.g. Semiconductor laser, on that on the surface of the goods to be processed, on the one hand regardless of the lighting conditions in the immediate vicinity of the rolling mill, and on the other hand there is the possibility ability to work only with certain wavelengths, whereby for example, scattering of light is particularly favorable can be viewed, and accordingly powerful light electrical converters can be used.

Ist im Strahlengang zwischen Lichtquelle und der Oberfläche des zu verarbeitenden Gutes ein optisches Aufweitsystem angeordnet, so kann eine bessere Integration über grössere Flächen des zu messenden Gutes mit geringstem Aufwand erfolgen.Is in the beam path between the light source and the surface of the an optical expansion system arranged for the goods to be processed, so a better integration over larger areas of the measuring good with little effort.

Ist das Objektiv ein Teleobjektiv, so kann der Verschmutzungsge fahr weiterhin besonders günstig entgegengewirkt werden, da das Objektiv weiter von der Oberfläche entfernt angeordnet wer den kann. Weiters besteht der Vorteil, dass Teleobjektive auf eine Änderung der Fokuslage besonders empfindlich sind, so dass eine besonders hohe Genauigkeit erreichbar ist.If the lens is a telephoto lens, the pollution level continue to be counteracted particularly cheaply because the lens is placed further away from the surface that can. Another advantage is that telephoto lenses on a change in the focus position is particularly sensitive, so that a particularly high accuracy can be achieved.

Ist das Objektiv, insbesondere über einen Fokussierantrieb, z.B. mit Schrittmotor, fokussierbar, so kann eine einfache Steuerung erfolgen, wobei eine Steuerung über Schrittmotor weiters den Vorteil in sich birgt, dass nur geringste Toleranzen und zwar in der Grössenordnung eines Schrittes erreichhar sind.If the lens, in particular via a focusing drive, e.g. with stepper motor, focusable, so a simple control take place, with a control via stepper motor The advantage is that there are only minimal tolerances are of the order of one step.

Ist die Lichtquelle mit einem Stabilisationskreis für die Licht stärke verbunden, so können dadurch Lichtstärkenschwankungen so fort kompensiert werden. Derartige Lichtstärkenschwankungen können in Anbetracht der unterschiedlichen Spannungen im Versor gungsnetz leicht eintreten.Is the light source with a stabilizing circuit for the light strength connected, so fluctuations in light intensity can be compensated for. Such fluctuations in light intensity considering the different tensions in the supplier entry network easily.

Eine besonders einfache Stabilisierung der Lichtquelle ergibt sich dann, wenn das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht, zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise, über eine teil weise reflektierende Fläche einer weiteren Messeinrichtung, z.B. lichtelektrischem Wandler, zuführbar ist, welcher über eine Ver gleichsschaltung mit der Ansteuerschaltung für die Strahlungs stärke der Lichtquelle verbunden ist.A particularly simple stabilization of the light source results when the light emitted by the light source at least partially and / or at least temporarily, over a part wise reflecting surface of another measuring device, e.g. Photoelectric converter, can be fed, which via a ver DC circuit with the control circuit for the radiation strength of the light source is connected.

Eine besonders gute Anpassung an die Reflektionseigenschaften des zu verarbeitenden Gutes ist dann gegeben, wenn die Vergleichs schaltung mit einem, insbesondere regelbaren, Sollwertgeber ver bunden ist.A particularly good adaptation to the reflection properties of the goods to be processed is given if the comparison circuit with a, in particular adjustable, setpoint generator ver is bound.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläu tert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing tert. Show it:

Fig. 1 eine Entfernungsmesseinrichtung mit innenliegenden lichtelektrischen Wandlern; . Figure 1 shows a distance measuring device with internal photoelectric converters;

Fig. 2 eine Vorrichtung mit aussenliegendem lichtelektrischen Wandler und Fig. 2 shows a device with an external photoelectric converter and

Fig. 3 den Spannungsverlauf eines lichtelektrischen Wandlers mit nichtlinearer Charakteristik. Fig. 3 shows the voltage profile of a photoelectric converter with a non-linear characteristic.

Erfindungsgemäss werden die Probleme durch den Einsatz eines optischen Entfernungsmesssystems 1 (Fig. 1) mit im wesentlichen senkrecht zur Walzenoberfläche (bzw. radial zu ihr) verlaufen der optischer Achse A gelöst, wobei Abweichungen bis zu 15° von der Senkrechten zwar möglich sind, das Messergebnis jedoch beeinträchtigen. Dieses optische System wird mit einem an sich bekannten induktiven (oder kapazitiven) Sensorsystem 2 für die Lage der Walzenoberfläche über eine Auswertevorrichtung 3 ver bunden.According to the invention, the problems are solved by using an optical distance measuring system 1 ( FIG. 1) with the optical axis A running essentially perpendicular to the roll surface (or radially to it), although deviations of up to 15 ° from the vertical are possible, that However, affect the measurement result. This optical system is connected to a known inductive (or capacitive) sensor system 2 for the position of the roller surface via an evaluation device 3 .

Theoretisch kann das optische Entfernungsmesssystem ein sog. "passives" Entfernungsmesssystem sein, bei dem das natürliche, von der jeweils zu messenden Schicht reflektierte Umgebungslicht zur Entfernungsmessung ausgenützt wird. Eine Standardisierung der Helligkeit und damit eine Verbesserung der Genauigkeit er gibt sich, wenn in ebenfalls an sich bekannter Weise eine Licht quelle 4, vorzugsweise in Form eines energieschwachen Lasers, insbesondere eines Halbleiterlasers, wie einer GaAs-Diode zur Bildung eines sog. "aktiven Entfernungsmesssystems" verwendet wird. In diesem Falle ist es zweckmässig, den relativ dünnen Laserlichtstrahl mit Hilfe eines Aufweitungssystemes 5 aufzuwei ten und mittels eines afokalen Systems 6, insbesondere eines Kollimatorsystems, einem, vorzugsweise fokussierbaren, Objektiv 7 zuzuleiten. Das Objektiv 7 ist bevorzugt als Teleobjektiv ausge bildet, woraus sich zwei Vorteile ergeben: einerseits kann da durch der Abstand des Objektives 7 von der Oberfläche 8 der Wal ze 9 bzw. von der Oberfläche 10 der auf der Walze 9 liegenden Schicht 11 vergrössert werden, wodurch die Verschmutzungsgefahr verringert wird, anderseits ist es bekannt, dass Teleobjektive (mit einem Bildwinkel ⌀ unterhalb von 30° bzw. unterhalb von 25° und insbesondere unter 20°) auf Aenderungen der Fokuslage besonders empfindlich sind. Je nach der gewählten Bildfelddia gonale, die für die vorliegenden Zwecke sehr gering sein kann, wird sich im allgemeinen eine Brennweite von mindestens 40 mm, z.B. von 100 mm, ergeben, obwohl für sehr kleine Bildfelddiago nalen auch geringere Brennweiten möglich sind.Theoretically, the optical distance measuring system can be a so-called "passive" distance measuring system, in which the natural ambient light reflected by the layer to be measured is used for the distance measurement. A standardization of the brightness and thus an improvement in the accuracy occurs if a light source 4 is also known per se, preferably in the form of a low-energy laser, in particular a semiconductor laser, such as a GaAs diode, to form a so-called "active distance measuring system"" is used. In this case, it is expedient to expand the relatively thin laser light beam with the aid of an expansion system 5 and to feed it to a preferably focusable lens 7 by means of an afocal system 6 , in particular a collimator system. The lens 7 is preferably formed out as a telephoto lens, which results in two advantages: on the one hand since by the distance of the lens 7 on the surface 8 of the Wal ze 9 or be increased from the surface 10 of the lying on the roller 9 layer 11, whereby the risk of contamination is reduced, on the other hand, it is known that telephoto lenses (with an angle of view ⌀ below 30 ° or below 25 ° and in particular below 20 °) are particularly sensitive to changes in the focus position. Depending on the chosen field of view diagonal, which can be very small for the present purposes, there will generally be a focal length of at least 40 mm, for example 100 mm, although for very small field of view diagonals, smaller focal lengths are also possible.

Wegen des besseren Schutzes vor Verschmutzung und Verstaubung ist eine Innenmessung, d.h. hinter dem Objektiv, bevorzugt. Zu diesem Zwecke ist im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ein Tei lungsprisma 12 mit einer teilweise reflektierenden Prismenflä che 13 vorgesehen. Das von der Laserdiode 4 abgestrahlte und durch das gegebenenfalls vorgesehene Aufweitungssystem 5 auf geweitete Lichtbündel gelangt durch die Fläche 13 hindurch zum afokalen System 6 und durch das Objektiv 7, wobei es von der Oberfläche 10 reflektiert wird. Da die Oberfläche 10 sehr stark streut, wird sich in Richtung der Achse A eine besonders starke Reflexion ergeben, so dass die Grundlagen für eine genaue Mes sung geschaffen sind. Das reflektierte Licht tritt dann durch das Objektiv 7 und das System 6 und wird an der Fläche 13 teil weise in Richtung eines Achsenarmes A′ zu einem optischen Em pfänger 14 reflektiert.Because of the better protection against dirt and dust, an internal measurement, ie behind the lens, is preferred. For this purpose, a parting prism 12 with a partially reflecting prism surface 13 is provided in the exemplary embodiment according to FIG. 1. The light beam emitted by the laser diode 4 and expanded by the optionally provided expansion system 5 passes through the surface 13 to the afocal system 6 and through the lens 7 , where it is reflected by the surface 10 . Since the surface 10 scatters very strongly, a particularly strong reflection will result in the direction of the axis A , so that the foundations for an accurate measurement are created. The reflected light then passes through the lens 7 and the system 6 and is partially reflected on the surface 13 in the direction of an axis arm A 'to an optical receiver 14 .

Der optische Empfänger 14 kann auf die verschiedenste Weise aus gebildet sein. Im vorliegenden Falle besteht er aus zwei licht elektrischen Wandlern 15, 16, die bezüglich der Achse A′ in einem axialen Abstand voneinander angeordnet sind. Liegt die Bildebene I genau zwischen den beiden lichtelektrischen Wand lern 15, 16, so erhalten beide Wandler gleich viel Licht. Die Ebene I muss also auf gleiche Unschärfe an den beiden Wandlern 15, 16 eingestellt werden, welche Wandler innerhalb einer Wheatston′schen Brücke 17 liegen.The optical receiver 14 can be formed in a variety of ways. In the present case, it consists of two light-electric transducers 15 , 16 which are arranged at an axial distance from one another with respect to the axis A '. Is the image plane I exactly between the two photoelectric wall learners 15 , 16 , then both converters receive the same amount of light. The level I must therefore be set to the same blur on the two transducers 15 , 16 , which transducers lie within a Wheatston bridge 17 .

Zum Verstellen der axialen Lage der Bildebene I ist ein Fokus siermotor M vorgesehen, der mit einem Fokusierantrieb 18 für das Objektiv 7 zusammenwirkt. Hier sei erwähnt, dass die Fokussier einrichtung M, 18 zwar Vorteile bringt, dass bei starrem Objek tiv 7 stattdessen auch entlang der optischen Achse A′ ein Such system für die Lage der Bildebene I vorgesehen sein könnte. So ein Suchsystem kann entweder durch Anordnung mehrerer lichtelek trischer Wandler entlang der optischen Achse A′ vorgesehen sein oder durch einen Bewegungsantrieb zur Durchführung einer Axial bewegung für den Empfänger 14. Auch derartige Systeme sind be reits in verschiedenen Ausführungen für Fotokameras u.dgl. vor geschlagen worden. Ebenso ist es möglich, bei bestehender Fokus siereinrichtung M, 18 die Randstrahlen R, R′ daraufhin zu unter suchen, ob sie dasselbe Bild liefern, denn dies ist ja nur dann der Fall, wenn beide Randstrahlen R, R′ auf dasselbe Objekt ge richtet sind. Hierzu könnten in einer Ebene P für jeden dieser Randstrahlen R, R′ jeweils ein lichtelektrischer Wandler vorge sehen sein, doch sei daran erinnert, dass bei Anwendung auf Reibwalzwerke die darauf liegende Schicht 11 wenig Kontrast bietet, so dass mit einer derartigen Anordnung allzu leicht Fehlmessungen möglich sind.To adjust the axial position of the image plane I , a focusing motor M is provided, which interacts with a focusing drive 18 for the lens 7 . It should be mentioned here that the focusing device M , 18 does bring advantages that a search system for the position of the image plane I could instead be provided along the optical axis A ′ if the lens 7 is rigid. Such a search system can either be provided by arranging a plurality of light-electric transducers along the optical axis A 'or by a motion drive for performing an axial movement for the receiver 14 . Such systems are already available in various versions for photo cameras and the like. been beaten before. It is also possible, with existing focus siereinrichtung M , 18, the edge rays R , R 'to then look under whether they deliver the same image, because this is only the case if both edge rays R , R ' are aimed at the same object are. This could be seen in a plane P for each of these marginal rays R , R 'each see a photoelectric converter, but it should be remembered that when used on friction mills, the layer 11 lying thereon offers little contrast, so that with such an arrangement, incorrect measurements are all too easy possible are.

Für eine weitere Erhöhung der Messgenauigkeit mag es zweckmäs sig sein, einen Stabilisierungskreis 19 für die Lichtintensität vorzusehen. Hierbei wird ein Teil des ausgesandten Lichtes ent lang einer optischen Achse A′′ abgezweigt und einem lichtelek trischen Wandler 20 zugeführt. Der Wandler 20 ist an eine Ver gleichsschaltung 21 angeschlossen, der ein Referenzsignal von einem Sollwertgeber 22 zugeführt wird. Je nach der Abweichung von diesem Sollwert wird einer Ansteuerschaltung 23 für die Lichtquelle 4 ein entsprechendes Regelsignal zugeführt.For a further increase in measurement accuracy, it may be expedient to provide a stabilizing circuit 19 for the light intensity. Here, part of the emitted light is branched along an optical axis A '' and fed to a light-electric converter 20 . The converter 20 is connected to a comparison circuit 21 which is supplied with a reference signal from a setpoint generator 22 . Depending on the deviation from this target value, a control circuit 23 for the light source 4 is supplied with a corresponding control signal.

Die Wheatston′sche Brücke 17 besitzt zwei Eingangsklemmen E, mit denen sie an eine Stromquelle angeschlossen ist. Die Aus gangsklemmen A und B sind zweckmässig mit einer an sich bekann ten Fokussierschaltung 24 verbunden, die den Fokussiermotor M entsprechend steuert. Falls nämlich der Motor M ein Gleichstrom motor ist, lässt sich von den Klemmen A und B kein Absolutwert für die Lage der Bildebene I bzw. der dazu konjugierten Ebene der Oberfläche 10 der Schicht 11 ableiten. Deshalb wird es zweckmäs sig sein, einen Positionsgeber 25 für die Lage des Objektives 7 vorzusehen. Ein solcher Positionsgeber kann an sich beliebig ausgebildet sein und es soll nachstehend lediglich beispiels halber der in Fig. 1 dargestellte besprochen werden.The Wheatston bridge 17 has two input terminals E , with which it is connected to a power source. From the output terminals A and B are expediently connected to a known focusing circuit 24 which controls the focusing motor M. If motor M is a direct current motor, no absolute value for the position of image plane I or the conjugate plane of surface 10 of layer 11 can be derived from terminals A and B. Therefore, it will be expedient to provide a position sensor 25 for the position of the lens 7 . Such a position transmitter can be of any design per se and the example shown in FIG. 1 will only be discussed below for the sake of example.

Dabei ist mit dem Objektiv in einer lediglich durch einen Dop pelstrich angedeuteten Weise - eine Platte 26 mit einem keil förmigen Ausschnitt 27 verbunden. Diese Platte 26 bewegt sich zusammen mit dem Objektiv 7 vor einer Schlitzblende 28, hinter der eine Lichtquelle 29 angeordnet ist. Daher wird im Bereiche der Platte 26 entsprechend dem Schlitze 30 der Schlitzblende 28 ein schlitzförmiger Lichtstrahl 30′ auftreten, dessen Lichtmenge je nach der Stellung der Keilblendenplatte 26 entsprechend ver mindert wird. Selbstverständlich ist der Positionsgeber 25 in explodierter Darstellung gezeigt, wobei die Platte 26 und die Schlitzblende 28 zweckmässig nahe aneinander liegen. Hinter der Platte 26 und der Schlitzblende 28 ist ein lichtelektrischer Wandler 31 angeordnet, dessen an seinen Ausgangsklemmen C, D auftretendes Ausgangssignal von der Stellung des Objektives 7 abhängig ist und der Auswerteeinrichtung 3 zugeführt wird. Diese ist von einem Rechner gebildet, der die aus Fig. 1 ersichtlichen Grössen a, b, c rechnerisch miteinander verbindet und daraus die Schichtdicke s der Schicht 11 ermittelt. Demnach ergibt sich s aus der FormelHere, with the lens in a pelstrich indicated only by a Dop manner - a plate 26 connected to a wedge-shaped cutout 27th This plate 26 moves together with the lens 7 in front of a slit diaphragm 28 , behind which a light source 29 is arranged. Therefore, a slit-shaped light beam 30 'will occur in the area of the plate 26 corresponding to the slots 30 of the slit diaphragm 28 ', the amount of light depending on the position of the wedge plate 26 is reduced accordingly ver. The position sensor 25 is of course shown in an exploded view, the plate 26 and the slit diaphragm 28 advantageously being close to one another. A photoelectric converter 31 is arranged behind the plate 26 and the slit diaphragm 28 , the output signal occurring at its output terminals C , D is dependent on the position of the objective 7 and is fed to the evaluation device 3 . This is formed by a computer which mathematically connects the variables a , b , c shown in FIG. 1 and uses them to determine the layer thickness s of the layer 11 . Accordingly, s results from the formula

s = a + b - c s = a + b - c

wobei der Abstand der Vorrichtung 1 (die an einem Gestell orts fest oberhalb der Walze 9 gehalten wird) durch die Fokussierein richtung bzw. den Rechner 3 bestimmt wird, b der Abstand der Vorderfläche der induktiven Messeinrichtung 2 von der optischen Messeinrichtung 1 ist und a der gegebene Abstand der Vorderflä che des induktiven Sensors 2 von der Oberfläche 8 der Walze 9 ist.the distance of the device 1 (which is held in place on a frame above the roller 9 ) is determined by the focusing device or the computer 3 , b is the distance of the front surface of the inductive measuring device 2 from the optical measuring device 1 and a given distance of the front surface of the inductive sensor 2 from the surface 8 of the roller 9 .

Um diesen Abstand a zu bestimmen ist der induktive Sensor 2 über einen Messsignalumformer 32 mit dem Rechner 3 verbunden. An des sen Ausgangsklemme O erscheint dann ein Signal, das entweder einer Anzeigeeinrichtung und/oder einer Regelungseinrichtung für den Walzenspalt zwischen zwei benachbarten Walzen zugeführt wird.In order to determine this distance a , the inductive sensor 2 is connected to the computer 3 via a measurement signal converter 32 . A signal then appears at the output terminal O , which is either fed to a display device and / or a control device for the roll gap between two adjacent rolls.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, in dem Teile glei cher Funktion dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 besitzen, Teile ähnlicher Funktion dieselben, jedoch mit einer Hunderter ziffer versehenen Bezugszeichen. Fig. 2 shows another embodiment in which parts of the same function have the same reference numerals as in Fig. 1, parts of a similar function have the same reference numerals, but with hundreds.

Während die Ausführung nach Fig. 1 eine Innenmessung zeigt, in der der optische Empfänger 14 hinter dem Objektiv 7 angeordnet ist und zweckmässig das Teilungsprisma 12 zur Bildung eines etwa kreuzförmigen Strahlenganges sowohl zur Ausspiegelung eines re flektierten Strahles zum Empfänger 14 als auch zum Ausspiegeln eines Teiles des von der Lichtquelle 4 kommenden Lichtes zum lichtelektrischen Wandler 20 benutzt wird, ist in Fig. 2 eine Aussenmessung veranschaulicht.While the embodiment of FIG. 1 shows an inner measurement in which the optical receiver 14 is arranged behind the lens 7 and practical the splitting prism 12 to form an approximately cross-shaped beam path both for reflecting out a re flexed beam to the receiver 14 as well as for reflecting out of a part of the light coming from the light source 4 is used to the photoelectric converter 20 , an external measurement is illustrated in Fig. 2.

Zu diesem Zwecke ist ein lichtelektrischer Empfänger 114, vor zugsweise hinter einer Sammellinsenkonstruktion 33, im Bereiche des Objektives 7, z.B. rund um die Linsenfassung angeordnet. Es ist ersichtlich, dass dadurch bewegliche Verbindungsleitungen 34 zu Klemmen A′, B′ vorgesehen sein müssen, die zweckmässig mit dem Rechner 103 verbunden sind, der hier auch die Funktion des Fokus sierregelkreises 24 (Fig. 1) übernimmt. Der Motor M′ ist mit seinen Klemmen F, G an gleichnamige Ausgangsklemmen des Rechners 103 angeschlossen. Auf diese Weise wird eine rein digitale Steu erung verwirklicht, wobei die Verwendung eines Schrittmotors M′ den Vorteil einer grösseren Genauigkeit hat, weil eine allfällige Differenz nur in der Grössenordnung eines Impulses liegen kann.For this purpose, a photoelectric receiver 114 , preferably in front of a converging lens construction 33 , is arranged in the region of the objective 7 , for example around the lens frame. It can be seen that thereby movable connecting lines 34 to terminals A ', B ' must be provided, which are expediently connected to the computer 103 , which here also takes over the function of the focus control circuit 24 ( FIG. 1). The motor M 'is connected with its terminals F , G to the output terminals of the same name of the computer 103 . In this way, a purely digital control is realized, the use of a stepping motor M 'having the advantage of greater accuracy, because any difference can only be of the order of magnitude of a pulse.

Bei der gezeigten Anordnung des lichtelektrischen Wandlers 114 an der Fassung des bewegten Objektives 7 wird mit der Bewegung dieses Objektives gleichzeitig die Lage der Bildebene der vor dem Wandler 114 gelegenen optischen Sammellinsenkonstruktion 33 abgetastet, die zweckmässig auf das Objektiv 7 entsprechend abge stimmt ist. In the arrangement of the photoelectric converter 114 shown on the mount of the moving lens 7 , the position of the image plane of the optical converging lens construction 33 located in front of the converter 114 is scanned simultaneously with the movement of this lens, which is appropriately coordinated with the lens 7 accordingly.

Vorzugsweise wird als Lichtempfänger 14 (Fig. 1) bzw. 114 ein solcher mit nichtlinearer Charakteristik verwendet, wie sie Fig. 3 veranschaulicht. Dabei ergibt sich während der Fokussier bewegung des Objektives 7 eine Spannungskurve K, die im Augen blick der grössten Schärfe des auf den Empfänger 14 bzw. 114 auftreffenden Bildes eine deutliche Spannungsspitze S zeigt. Durch eine Spitzenerkennungsschaltung, z.B. mit einem Schwell wertschalter, kann das Auftreten dieser Spitze S erkannt und als Nachweis für die Erreichung einer fokussierten Bildlage be nutzt werden.A light receiver 14 ( FIG. 1) or 114 with a non-linear characteristic, as illustrated in FIG. 3, is preferably used. This results in a voltage curve K during the focusing movement of the lens 7 , which shows a clear voltage peak S in the eyes of the greatest sharpness of the image incident on the receiver 14 or 114 . By means of a peak detection circuit, for example with a threshold switch, the occurrence of this peak S can be recognized and used as evidence for achieving a focused image position.

Bei der dargestellten digitalen Schaltung besteht allerdings bei anderer Anordnung des lichtelektrischen Wandlers das Problem, dass nach dem Ausschalten eines Hauptschalters H der Rechner 103 aufgrund der Flüchtigkeit seiner Speicher die jeweilige Ausgangs lage des Objektives 7 nicht mehr kennt. Für derartige Fälle, ins besondere bei Innenmessung entsprechend Fig. 1 ist es vorteilhaft, den Rechner 103 mit einem Programmspeicher 35 zu versehen, der beim neuerlichen Schliessen des Hauptschalters H ein vorbestimm tes Programm ablaufen lässt. Dieses Programm setzt voraus, dass an eine Klemme L des Rechners 103 der serielle Ausgang L eines Zählers N angeschlossen ist, dessen Steuereingang über eine Lei tung 36 mit einem Ausgang des Rechners 103 verbunden ist.In the digital circuit shown, however, there is the problem with a different arrangement of the photoelectric converter that after switching off a main switch H the computer 103 no longer knows the respective starting position of the lens 7 due to the volatility of its memory. For such cases, in particular for internal measurements according to FIG. 1, it is advantageous to provide the computer 103 with a program memory 35 , which allows a predetermined program to run when the main switch H is closed again. This program requires that the serial output L of a counter N is connected to a terminal L of the computer 103 , the control input of which is connected via a line 36 to an output of the computer 103 .

Beim Einschalten des Hauptschalters H werden über die Ausgangs klemmen F, G des Rechners 103 dem Schrittmotor M′ Impulse in einer derartigen Form zugeführt, dass das Objektiv 7 nach oben bewegt wird. Sobald das Objektiv 7 eine Endlage erreicht hat, wird ein Schalter 37 geschlossen. Während dieser Zeit wurden die vom Motor bis zum Erreichen der Endlage ausgeführten Impuls schritte im Zähler N gezählt, der über die Leitung 36 gestartet wurde. Dieses Zählergebnis entspricht aber auch der Ausgangs stellung, die das Objektiv 7 vorher einnahm, wobei das Programm des Speichers 35 gegebenenfalls so beschaffen sein kann, dass nach dem Schliessen des Schalters 37 der Schrittmotor M′ nun in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird, bis die Ausgangs lage wieder erreicht ist (Zählerstand 0 im Zähler N). Jedenfalls kann auf diese Weise die jeweilige Ausgangslage bestimmt werden, wobei es sich versteht, dass der Programmspeicher 35 ein nicht flüchtiger Speicher sein muss.When you turn on the main switch H via the output terminals F , G of the computer 103, the stepping motor M 'pulses are supplied in such a form that the lens 7 is moved upward. As soon as the lens 7 has reached an end position, a switch 37 is closed. During this time, the pulse steps carried out by the motor until the end position was reached were counted in counter N , which was started via line 36 . However, this counting result also corresponds to the initial position which the lens 7 previously occupied, the program of the memory 35 possibly being able to be such that after closing the switch 37 the stepping motor M 'is now rotated in the opposite direction until the output position is reached again (counter reading 0 in counter N ). In any case, the respective starting position can be determined in this way, it being understood that the program memory 35 must be a non-volatile memory.

Im Rahmen der Erfindung könnte statt eines Teleobjektives bei spielsweise auch ein Mikroobjektiv Verwendung finden, das be kanntlich ebenfalls für Fokusänderungen sehr empfindlich ist, doch müsste ein solches näher an der zu messenden Schicht ange ordnet sein, womit die Verschmutzungsgefahr grösser wird. An Stelle der dargestellten Fokussieranordnung kann auch jede be liebige, besonders aus dem Kamerabau bekannte, verwendet werden, um die Lage der Bildebene I (Fig. 1) zu ermitteln.Within the scope of the invention, instead of a telephoto lens, a micro lens could also be used, for example, which is also known to be very sensitive to focus changes, but such a lens would have to be arranged closer to the layer to be measured, thus increasing the risk of contamination. Instead of the focusing arrangement shown, any desired, especially known from camera construction, can also be used to determine the position of the image plane I ( FIG. 1).

Claims

1.Device for determining the layer thickness, in particular of flowable, for example pasty, material to be processed on a roll of a rolling mill, with at least two non-contact measuring devices, one measuring the distance to the roll surface electrically and another the distance to the surface of the goods to be processed, and the difference between the two measurements and thus the layer thickness can be calculated using a computing circuit, characterized in that for measuring the distance from the surface ( 10 ) of the goods to be processed, a measuring device with an objective ( 7 ) working with electromagnetic radiation is provided, the beam axis ( A ) of which is adjacent to the surface of the material is directed essentially at the radial to the roller ( 9 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the optical measuring device has a light source ( 4 ), in particular a laser, for example a semiconductor laser, which is directed onto the surface ( 10 ) of the material to be processed.

3. Device according to claim 2, characterized in that an optical expansion system ( 5 ) is arranged in the beam path between the light source ( 4 ) and the surface ( 10 ) of the material to be processed.

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the measuring device electrically measuring the distance to the roll surface is designed in a manner known per se as an inductive measuring probe ( 2 ).

5. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the lens ( 7 ) is a telephoto lens whose image angle (⌀) is below 30 °, preferably below 25 °, in particular below 20 °.

6. The device according to claim 5, characterized in that the telephoto lens has a focal length of at least 40 mm, e.g. from about 100 mm.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the lens ( 7 ) via a focussing drive ( 18 ) can be focused, preferably a known focusing arrangement be provided for determining the position of the image plane.

8. The device according to claim 7, characterized in that a stepping motor ( M ') is provided as the focusing drive.

9. The device according to claim 8, characterized in that the lens ( 7 ) can be brought into an end position via a program unit ( 35 ) which can be triggered when the current is switched on, the starting position of the lens being indirect via a counter ( N ).

10. The device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the computer interface ( 3 , 103 ) is provided with a program memory ( 35 ), the, in particular serial, output ( 1 ) of a counter ( N ) to the computing circuit ( 103 ) is connected and its control input ( 36 ) is connected to an output of the computer ( 103 ).

11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that the end position is assigned a limit switch ( 37 ).

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that a transducer arrangement ( 15 , 16 ) for the light reflected from the surface ( 10 ), seen in the direction of the reflected light, behind the lens ( 7 ), preferably the reflected light can be reflected out via a partially reflecting surface, for example a prism surface ( 13 ).

13. Device according to one of claims 2 to 12, characterized in that the light source ( 4 ) with a Stabilisa tion circuit ( 19 ) for its light intensity is connected.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the light emitted by the light source ( 4 ) at least partially and / or at least temporarily, in particular via a partially reflecting surface ( 13 ) to a further measuring device with at least one photoelectric converter ( 20 ) bar, which is connected via a comparison circuit ( 21 ) to the control circuit ( 23 ) for the radiation intensity of the light source ( 4 ).

15. Device according to claims 12 and 14, characterized in that a single partially reflecting surface ( 13 ) is provided both for supplying light to the transducer arrangement ( 15 , 16 ) and the further photoelectric transducer ( 20 ), with an approximately cruciform beam path is achievable.

16. The apparatus of claim 14 or 15, characterized in that the comparison circuit ( 21 ) is connected to a, in particular controllable setpoint generator ( 22 ).

17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the lens ( 7 ) is connected to a position sensor ( 25 ) for the position of the lens.

18. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the computing circuit is designed to calculate the layer thickness ( s ) from s = a + b - c , wherein

a the distance from the roll surface to the measuring device measuring electrically,
b the distance between the two measuring devices, and
c is the distance from the surface of the layer to the optical measuring device.