DE4115850C2 - Verfahren zum berührungslosen Messen der Dicke eines Objektes mittels Ultraschall - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum berührungslosen Messen der Dicke eines Objektes durch Aussenden von Ultraschallimpulsen mit einem Ultraschallsensor, erzeugt mittels eines Ultraschallimpulsgenerators, und Erfassen der von dem Objekt reflektierten Echoimpulse und Auswerten der empfangenen Echoimpulse in einer Auswerteeinheit, wobei das Objekt zwischen zwei Ultraschallimpulse aussendenden Ultraschallsensoren eingebracht wird und die an den jeweils zugewandten Oberflächen des Objektes reflektierten Echoimpulse von dem jeweiligen den Impuls aussendenden Ultraschallsensor empfangen und in der Auswerteeinheit hieraus der Abstand jedes Ultraschallsensors zur jeweils zugewandten Oberfläche des Objektes aus der Laufzeit der Echoimpulse ermittelt wird.

Verfahren zum Messen von Entfernungen durch Echolotung mittels Ultraschall sind beispielsweise aus der DE-OS 28 17 247, der EP-OS 0 146 829 und der DE-PS 38 08 099 sowie der DE-OS 34 29 764 unter anderem bekannt.

Für die Messung der Dicke von Gegenständen existiert eine Reihe von Meßgeräten und zugehörigen Meßverfahren. Bei einem dieser Meßverfahren wird die Dicke des Objektes dadurch ermittelt, daß der Abstand der beiden Oberflächen des Objektes zu zwei bekannten Punkten bestimmt wird und hieraus die Dicke ermittelt wird. Ein Beispiel für eine Ausführung dieses Meßverfahrens ist die Schieblehre, bei der zwei Backen auf den Abstand 0 gegen die Oberflächen des zu messenden Objektes gefahren werden und dann aus der vorbekannten Geometrie der Schieblehre die Dicke des Objektes ermittelt wird. Analog zu dieser mechanischen Ermittlung der Dicke eines Objektes mittels der Schieblehre wird dieses Meßverfahren auch mittels Ultraschall, Laserstrahlen oder anderen Wegaufnehmern durchgeführt, die nicht bei einem Abstand 0 messen, sondern aus einer festen vorgegebenen Entfernung berührungslos den Abstand zu den Oberflächen des Objektes ermitteln und dann die Dicke des Gegenstandes aus dem vorbekannten Abstand der Sensoren ermitteln. Bei diesem bekannten Verfahren ist für die Messung der feste und vorbekannte Abstand der Sensoren vorgegeben, der im allgemeinen durch eine gabelförmige Konstruktion realisiert wird, wobei das zu messende Objekt in die Gabel eingeführt wird oder die Gabel um das Objekt herumgeführt wird. Mittels Ultraschall und Laserstrahlen wird dann aus der festen Entfernung beider Sensoren zueinander und zu dem zu messenden Objekt berührungslos der Abstand zu den Oberflächen ermittelt und hieraus die Dicke des Gegenstandes unter Einbeziehung des vorgegebenen bekannten Abstandes der Sensoren ermittelt. Problematisch wird dieses Meßverfahren einschließlich der zugehörigen Vorrichtungen ob Schieblehre oder Gabel mittels Sensoren dann, wenn die Objekte große Dimensionen aufweisen, beispielsweise mehrere Meter breit sind. Eine stabile Gabelkonstruktion mit der erforderlichen Konstanz läßt sich dann nicht mehr einfach realisieren.

Bei dem aus der DE-OS 36 39 228 bekannten Dickenmeßverfahren mittels Ultraschall wird von festinstallierten Ultraschallsensoren ausgegangen, wobei die Dicke eines Objektes über die Laufzeitmessung der an der Oberfläche des Objektes reflektierten Echoimpulse ermittelt wird.

Auch bei dem aus der GB 644 983 bekannten Meßverfahren zur Messung eines schalldurchlässigen Produktes wird von festinstallierten, die Meßimpulse aussendenden Sensoren ausgegangen, wobei entweder die an einer Fläche reflektierten Impulse in ihrer Intensität und Größe bzw. die durch das Material hindurchgehenden Impulse in ihrer Größe und Intensität gemessen werden. Eine Laufzeitmessung findet nach dem Verfahren nach der GB-PS 644 983 nicht statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei schalldurchlässigen Materialien die Dicke zu messen, und zwar an beliebigen Stellen, beispielsweise während der Produktion einer Filzbahn an beliebigen Stellen über die Breite einer Filzbahn bei deren Durchlauf, ohne daß eine Vielzahl von Meßstellen erforderlich ist.

Die Erfindung soll das berührungslose Messen von Dicken bei Objekten großer Dimensionen, insbesondere auch von sich flächenmäßig in Bahnen erstreckenden Objekten ermöglichen, und zwar für schalldurchlässige Materialien wie beispielsweise Stoffe oder andere durchbrochene Materialien.

Ausgehend von dem gattungsgemäßen Verfahren zum berührungslosen Messen auf Basis von Echolotung schlägt die Erfindung vor, daß die Position mindestens eines der Ultraschallsensoren durch Verschieben veränderbar ist und zur Ermittlung der Dicke von Objekten aus schalldurchlässigen Materialien, wie Filz, die von den Ultraschallsensoren ausgesandten Ultraschallimpulse bei jeder einzelnen Messung gleichzeitig durch das Objekt hindurch von dem jeweils anderen Ultraschallsensor empfangen und in der Auswerteeinheit hieraus der Abstand der Sensoren voneinander aus der Laufzeit ermittelt wird und durch Subtraktion der ermittelten Abstände der Ultraschallsensoren von den Oberflächen des Objektes von dem ermittelten Abstand der Ultraschallsensoren voneinander das Maß für die Dicke des Objektes erhalten wird.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren ermöglicht eine Dickenmessung großflächiger Objekte mittels Ultraschall ohne eine Konstruktion analog einer Schieblehre oder Gabel, bei der Fixpunkte in einem vorgegebenen konstruktiv miteinander verbundenen Abstand nicht erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf akustisch durchlässige Materialien in seiner Anwendung beschränkt, es kann beispielsweise mit Vorteil bei der Ermittlung der Dicke von Filzbahnen bei deren Produktion angewendet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Abstand der eingesetzten Ultraschallsensoren beliebig, er kann auch durch gegeneinander verschiebbare und nicht positionsgenau justierte Ultraschallsensoren realisiert sein. Bei jeder einzelnen Messung wird gemäß der Erfindung auch der Abstand der Ultraschallsensoren gleichzeitig durch das Material, d. h. das Objekt, hindurch mittels eines Ultraschallimpulses gemessen. Die Abstandsmessung des Abstandes der Ultraschallsensoren voneinander verläuft analog zur Abstandsmessung der Ultraschallsensoren von der Oberfläche des Objektes, nur daß im ersteren Fall der durchgehende Ultraschallimpuls verwendet wird und im zweiten Fall der reflektierte Echoimpuls.

In der Zeichnung wird die Erfindung beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Schema des Meßverfahrens zur Ermittlung der Dicke eines schalldurchlässigen Objektes,

Fig. 2 schematische Darstellung der Meßvorrichtung,

Fig. 3 prinzipieller Aufbau einer Meßanordnung.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Meßanordnung mit zwei Ultraschallsensoren S1 und S2, die im Abstand a voneinander angeordnet sind. Zwischen die Ultraschallsensoren S1, S2 ist das zu messende Objekt B eingebracht, dessen Dicke d ermittelt werden soll. Die von einem nicht dargestellten Ultraschallimpulsgenerator in den Ultraschallsensoren S1, S2 erzeugten Ultraschallimpulse I1 und I2 werden auf das zu messende Objekt ausgesendet. Hierbei werden die Ultraschallsensoren S1 und S2 bevorzugt nacheinander aktiviert. Auf Grund der Schalldurchlässigkeit bzw. Porosität des Objektes B können Anteile der von dem Ultraschallsensor S1 ausgesandten Schallimpulse I1 durch das Objekt B hindurchlaufen und treffen auf den Ultraschallsensor S2 und werden von dem empfangen und an die nicht dargestellte Auswerteeinheit weitergeleitet. Durch Messung der Laufzeit des Schallimpulses I1 von der Aussendung des Ultraschallsensors S1 bis zum Empfangen beim Ultraschallsensor S2 kann der Abstand a zwischen den Ultraschallsensoren S1, S2 in der Auswerteeinheit ermittelt werden. Eine Kontrolle dieses ermittelten Abstandswertes a zwischen den beiden Ultraschallsensoren kann durch die nachfolgende Messung des von dem Ultraschallsensor S2 ausgesandten Ultraschallimpulses I2 erfolgen, der ebenfalls durch das schalldurchlässige Objekt hindurchläuft und von dem Ultraschallsensor S1 empfangen und an die Auswerteeinheit weitergeleitet wird. Gegebenenfalls wird bei unterschiedlich gemessenen Abständen a ein Mittelwert gebildet.

Da das Objekt B schalldurchlässig bzw. porös ist, jedoch gegenüber der Umgebung, beispielsweise Luft, andere Dichteverhältnisse aufweist im Bereich der Nicht-Porositäten, wird ein Anteil der von den Ultraschallsensoren S1 bzw. S2 ausgesandten Schallimpulse I1 bzw. I2 an den jeweiligen Oberflächen B1 bzw. B2 des Objektes B reflektiert und kommt als Echoimpuls I1′ bzw. I2′ zu dem aussendenden Ultraschallsensor S1 bzw. S2 zurück und wird von diesem wieder empfangen und ebenfalls der Auswerteeinheit zugeführt. Aus den Laufzeiten der Echoimpulse I1′ bzw. I2′ kann nun der Abstand b zwischen Ultraschallsensor S1 und der Oberfläche B1 des Objektes bzw. der Abstand c zwischen Ultraschallsensor S2 und der Oberfläche B2 des Objektes ermittelt werden. Die Dicke d des Objektes ergibt sich dann wie folgt:

d = a - b - c.

Aus der Erläuterung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens gemäß Fig. 1 wird deutlich, daß der Abstand der beiden Ultraschallsensoren S1, S2 beliebig und nicht justiert sein muß, so daß diese beiden Ultraschallsensoren unabhängig voneinander in eine geeignete Meßposition gebracht werden können, wobei lediglich die Sende- und Empfangsachse der beiden Ultraschallsensoren annähernd deckungsgleich ausgerichtet werden sollten.

Für die Meßanordnung sind, gemäß Fig. 2 schematisch dargestellt, zwei Ultraschallsensoren S1, S2 zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallimpulsen vorzusehen, die ortsfest und/oder verschiebbar auf entsprechenden Halterungen anzuordnen sind. Des weiteren ist eine Auswerteeinheit AW mit Rechner und einem Steuerungsteil für die Ultraschallimpulse und Echosignale vorgesehen, die zugleich mit einer Anzeige der gemessenen Dickenwerte in Ziffern ausgerüstet ist. Die Ultraschallimpulse werden mittels eines Ultraschallimpulsgenerators G erzeugt, die von den Ultraschallsensoren empfangenen reflektierten Echoimpulse können auch noch mittels eines nicht dargestellten Verstärkers verstärkt und dann der Auswerteeinheit AW zugeführt werden.

Fig. 3 zeigt die Anwendung des Meßverfahrens zum Messen der Dicke einer schalldurchlässigen Filzbahn B, die über zwei Umlenkrollen R1, R2 in Pfeilrichtung der Meßanordnung mit den Ultraschallsensoren S1, S2 zugeführt wird. Die Ultraschallsensoren S1, S2 sind mit einem ausreichenden Durchlaufspalt für die Filzbahn B im Abstand voneinander angeordnet, wobei ihre Sende- und Empfangsachse miteinander fluchten. In dem gezeigten Beispiel ist der Ultraschallsensor S2 mittels eines Haltearmes H2 an einem feststehenden Ständer oder Wand oder dergleichen unverrückbar befestigt. Der zweite Ultraschallsensor S1 ist auf einem fahrbaren Ständer H2 angeordnet. Die Auswerteeinheit AW einschließlich der Anzeige der Dicke in Ziffern ist ebenfalls an dem fahrbaren Ständer H1 angebracht. Auch der an dem Haltearm H2 befestigte Ultraschallsensor S2 kann entweder an dem Haltearm oder zusammen mit diesem verstellbar sein. Mit der gemäß Fig. 3 dargestellten Meßanordnung kann beispielsweise die Dicke der Filzbahn B beim Durchlaufen durch die Meßanordnung kontinuierlich oder in Abständen gemessen und überprüft werden und damit beispielsweise eine Fertigung bezüglich der Dicke der Filzbahn durch entsprechende Weitergabe der gemessenen Werte gesteuert werden. Die Messung der Dicke der Filzbahn B gemäß Fig. 3 erfolgt wie bei dem vorangehenden Meßverfahren nach Fig. 1 und 2 erläutert.

Die Halterung des Ultraschallsensors S2 gemäß Fig. 3 kann noch zusätzlich mit einem Dämpfer D ausgerüstet sein.

Claims (1)

1. Verfahren zum berührungslosen Messen der Dicke eines Objektes (B) durch Aussenden von Ultraschallimpulsen mit einem Ultraschallsensor, erzeugt mittels eines Ultraschallimpulsgenerators, und Erfassen der von dem Objekt reflektierten Echoimpulse und Auswerten der empfangenen Echoimpulse in einer Auswerteeinheit, wobei das Objekt zwischen zwei Ultraschallimpulse aussendenden Ultraschallsensoren (S1, S2) eingebracht wird und die an den jeweils zugewandten Oberflächen (B1 und B2) des Objektes (B) reflektierten Echoimpulse (I1′ bzw. I2′) von dem jeweiligen den Impuls aussendenden Ultraschallsensor (S1 bzw. S2) empfangen und in der Auswerteeinheit hieraus der Abstand (b bzw. c) jedes Ultraschallsensors (S1 bzw. S2) zur jeweils zugewandten Oberfläche (B1 bzw. B2) des Objektes aus der Laufzeit der Echoimpulse (I1′ bzw. I2′) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Position mindestens eines der Ultraschallsensoren durch Verschieben veränderbar ist und zur Ermittlung der Dicke von Objekten aus schalldurchlässigen Materialien, wie Filz, die von den Ultraschallsensoren (S2 bzw. S1) ausgesandten Ultraschallimpulse (I1 bzw. I2) bei jeder einzelnen Messung gleichzeitig durch das Objekt hindurch von dem jeweils anderen Ultraschallsensor (S2 bzw. S1) empfangen und in der Auswerteeinheit hieraus der Abstand (a) der Sensoren (S1, S2) voneinander aus der Laufzeit ermittelt wird und durch Subtraktion der ermittelten Abstände (b, c) der Ultraschallsensoren (S1 bzw. S2) von den jeweils zugewandten Oberflächen des Objektes von dem ermittelten Abstand (a) der Ultraschallsensoren (S1 bzw. S2) voneinander das Maß für die Dicke (d) des Objektes (B) erhalten wird.