DE4235065A1

DE4235065A1 - Verfahren zum automatischen und berührungslosen Messen der Doppelbrechung von bewegten Folien und Filamenten

Info

Publication number: DE4235065A1
Application number: DE19924235065
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr Kaufmann; Dieter Vorbach
Original assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Current assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Priority date: 1992-10-17
Filing date: 1992-10-17
Publication date: 1994-04-21

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automati schen und berührungslosen Prüfen und Messen der Doppelbrechung und ihrer zeitlichen oder temporären Schwankungen, insbesondere von durchsichtigen Folien und Filamenten oder ähnlichen Untersu chungsobjekten mit beliebigen Gangunterschieden und Dicken.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle durchsichtigen Folien und Filamente, insbesondere aus organischen oder anorgani schen Polymeren im schmelzeflüssigen oder festen Zustand unter sucht werden.

Die Anwendung des Verfahrens ist besonders in der Folienindustrie zur Herstellung von Folien aus organischen Polymeren wie Poly ester, Polyamide, Polyolefine, Cellulose und Polystyrol geeignet, desgleichen für Filamente in der Chemiefaserindustrie.

Bekannt ist, daß man den Gangunterschied von bewegten Objekten, insbesondere von Filamenten, mit einem Senarmont-Kompensator be rührungslos ermitteln kann, wie dies im schweizerischen Patent CH-PS 342 768 beschrieben wird. Nachteilig ist, daß von den Ob jekten nur die Mittelwerte gemessen werden können.

Weiterhin ist auch bekannt, daß bewegte Objekte, insbesondere Fi lamente, mit dem Polarisationsmikroskop mit Ehringhauskompensator in weiten Bereichen des Gangunterschiedes gemessen werden können (Kaufmann, S.: Dissertation; 1967; Brandenburgische Landeshoch schule Potsdam; oder Kaufmann, S.: Weitere Untersuchungen zur Fa denbildung von Polyamidseide; Chemicke vlakna, Svit (CSFR) 23 (1973) 4-5, S. 108-112). Bei Verwendung des Ehringhauskompensa tors ist die notwendige Führung nachteilig, soweit es sich bei den bewegten Objekten um Filamente handelt. Unabhängig vom beweg ten Objekt muß beim Übergang auf Automatik für das Kompensations kriterium das erforderliche Lichtminimum im Meßfeld bei zwei ver schiedenen Winkelstellungen erreicht werden. Das bedeutet aber einen gewissen Zeitaufwand für die Messung, so daß zwar die Mit telwerte des Gangunterschiedes und der Doppelbrechung automatisch ermittelt werden können, aber keine kurzzeitigen Schwankungen dieser Größen. Der gleiche Sachverhalt liegt vor beim "Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung örtlich und zeitlich veränderli cher Doppelbrechung" nach DD WP-G02B-259132-7, bei dem die gemes senen Werte in elektrische Signale bei zwei Einstellungen umge wandelt werden, so daß wegen des mechanisch bedingten Zeitaufwan des auch nur langsam veränderliche Vorgänge abgetastet werden können. Das Verfahren von Schauler (Leitz-Mitt. Wiss. u. Techn. 5 (1970) 314, S. 95-98) ist für ruhende Filamente und der Regi strierung der zeitlichen Intensitätsschwankungen geeignet. Es ist aber für bewegte Objekte nicht und wegen der direkten Ausnutzung der Intensität ohne weitere Signalverformung nur für die quali tative Verfolgung der zeitlichen Änderungen des Gangunterschiedes und der Doppelbrechung anwendbar.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man zum Prü fen und Messen der Doppelbrechung von Folien und/oder Filamenten einen Senarmont- oder einen Soleil-Kompensator benutzt. Sind die Gangunterschiede kleiner als eine Wellenlänge, so wird das Ver fahren von Senarmont angewendet, anderenfalls das Verfahren von Soleil. Im Falle von Folien erfolgt die Dickenmessung mit mecha nischen, radioaktiven, Infrarot- oder interferenzoptischen Metho den. Im Falle von Filamenten wird der Durchmesser beugungsoptisch bestimmt.

Senarmont- oder Soleil-Kompensator befinden sich zwischen ge kreuzten Polarisatoren, die in 45-Grad-Stellung zur ausgezeich neten Folienrichtung und zum Kompensator stehen. Der Senarmont- oder Soleil-Kompensator selbst wird von einem Schrittmotor mit Winkelkodierer angetrieben. Nach Erreichen des absoluten Lichtmi nimums bleibt er in seiner Stellung. Der Winkelkodierer meldet den Mittelwert des Gangunterschiedes direkt an die Recheneinheit. Mittels der Umschalttaste werden die zeitlichen Signal schwankungen bei ruhendem Schrittmotor über einen Operationsver stärker zur Recheneinheit geleitet. Der Operationsverstärker ar beitet mit einer Wurzelfunktion und einer nachgeschalteten Arkus- Sinus-Funktion. Liegt die Spannweite der Schwankungen des Gangun terschiedes der Folie oder der Filamente bei R/ < 0,08 mit R = R_F-R_K, wobei R_F den maximalen Gangunterschied der Folie oder der Filamente und R_K den automatisch eingestellten Gangunter schied des Kompensators bedeutet, so kann bei einem Fehler von < 1% die Arkus-Sinus-Funktion entfallen. In der Recheneinheit wird laufend der Quotient aus Gangunterschied und Foliendicke oder Filamentdurchmesser gebildet. Bei ruhendem Schrittmotor werden die zeitlichen Schwankungen der Doppelbrechung angegeben und auf einem Bildschirm oder Drucker angezeigt. Weil die Schwan kungen direkt als Differenz gegen den Mittelwert vorliegen, kön nen in einem nachgeschalteten Programm auch die Standardabwei chung und der Variationskoeffizient für eine bestimmte zeitliche Periode ermittelt werden.

Im Unterschied zu dem Verfahren bei der Folie muß bei der Anwen dung auf Filamente garantiert werden, daß nicht das unter einem Winkel von 0 Grad ankommende, sondern daß das vor einem schwarzen Hintergrund vom Filament unter einem Winkel von 10 bis 30 Grad gestreute Licht erfaßt wird.

Im Sinne der Eindeutigkeit der Zuordenbarkeit der Schwankungen darf die Spannweite des Gangunterschiedes eine Wellenlänge nicht überschreiten.

Ausführungsbeispiel

Zur Durchführung des Prüfverfahrens bei Folien mit einem Gangun terschied größer als eine Wellenlänge wird eine Vorrichtung ein gesetzt, bei der eine mit einem Chopper (2) modulierbare weiße Lichtquelle (1) mittels Optik (3) ins Unendliche abgebildet wird. In diesem Parallelstrahlengang befinden sich nacheinander der Po larisator (4), die Folie (5), der von einem Schrittmotor (11) an getriebene und mit einem Winkelkodierer (12) versehene Soleilkom pensator (6), der Analysator (7) und eine weitere Optik (8), in deren Brennpunkt die Photodiode (9) als Empfänger sitzt. Der zu geordnete Verstärker (10) mit Tendenzerkennungseinheit und Um schalttaste treibt den Schrittmotor (11) bis zum Erreichen des ab soluten Lichtminimums an. In dieser Stellung wird der Mittelwert des Gangunterschiedes angezeigt. Mittels der Umschalttaste (10) werden zeitliche Signalschwankungen zum Operationsverstärker (16) und zur Recheneinheit (13) geleitet. Der Operationsverstärker ar beitet mit einer Wurzelfunktion und einer nachgeschalteten Arkus- Sinus-Funktion. Aus dem Quotient der dem Gangunterschied propor tionalen Lichtintensitätssignale und der Foliendicke ergeben sich die zeitlichen Schwankungen der Doppelbrechung. Die Einzelheiten sind aus Fig. 1 und der zugehörigen Übersicht der Bezugszeichen ersichtlich.

Das beschriebene Verfahren zur Messung der Doppelbrechungsschwan kungen kann beim Vorliegen nur sehr kleiner Gangunterschiede, die kleiner als eine Wellenlänge sind, auch mit der Methode von Sen armont betrieben werden. Statt weißer Lichtquelle, Chopper, Optik und und Polarisator wird monochromatisches Licht verwendet, das z. B. mit einem Halbleiterlaser erzeugt werden kann. Der Soleil- Kompensator ist in diesem Falle durch eine Lambda-Viertel-Platte zu ersetzen. Der Schrittmotor treibt dann den Analysator bis zum Erreichen des Lichtminimums an. Die Anzeige des Mittelwertes und der Schwankungen des Gangunterschiedes und der Doppelbrechung er folgt analog zu den Schritten beim Soleil-Kompensator.

Übersicht über verwendete Bezugszeichen in der Figur zur Darstellung des Prüfverfahrens
1 - Weiße Lichtquelle
2 - Chopper
3 - Optik
4 - Polarisator
5 - Folie
6 - Soleil - Kompensator
7 - Analysator
8 - Optik
9 - Photoempfänger (Photodiode oder Phototransistor)
10 - Verstärker mit Tendenzerkennungseinheit und Umschalttaste
11 - Schrittmotor
12 - Winkelkodierer
13 - Recheneinheit
14 - Dickenmeßeinheit Nr. 1
15 - Dickenmeßeinheit Nr. 2
16 - Operationsverstärker mit Wurzel- und Arkus-Sinus-Funktion
Anlage: Fig. 1.

Claims

1. Verfahren zum automatischen und berührungslosen Messen und Prüfen der Doppelbrechung, insbesondere von bewegten Folien und Filamenten, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Mit telwert als auch die zeitlichen Schwankungen der Doppel brechung mit einer Spannweite von einer Wellenlänge gemessen werden, indem im Anschluß an den Senarmont- oder Soleil-Kom pensator mit Analysator ein Photoempfänger mit nachgeschal tetem Verstärker angeordnet ist, wobei der Kompensator von einem Schrittmotor mit Winkelkodierer so angetrieben wird, daß er nach Erreichen des Lichtminimums in seiner Stellung verbleibt, der Mittelwert des Gangunterschiedes angegeben wird und daß mit einer Umschalttaste die Signale über einen Operationsverstärker mit Wurzel- und Arkus-Sinus-Funktion zu einer Recheneinheit geleitet werden, so daß nach Quotienten bildung mit der Foliendicke oder dem Filamentdurchmesser bei ruhendem Schrittmotor auch die zeitlichen Schwankungen der Doppelbrechung registriert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Folien mit Gangunterschieden kleiner als einer Wellenlänge das Senarmont-Verfahren angewendet wird, wobei zur Messung des Mittelwertes der Analysator von einem Schrittmotor mit Winkelkodierer angetrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Folien mit Gangunterschieden größer als eine Wellenlänge das Soleil-Verfahren angewendet wird, wobei zur Messung des Mit telwertes der Soleil-Kompensator von einem Schrittmotor mit Winkelkodierer angetrieben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Filamenten mit Gangunterschieden kleiner als eine Wellenlän ge das Senarmont-Verfahren angewendet wird, wobei die opti sche Achsen des Sendesystems mit Lichtquelle, Optik sowie Polarisator einerseits und des Empfängersystems mit Lambda Viertelplatte, angetriebenem Analysator und Photoempfänger andererseits einen Winkel von 10 bis 30 Grad bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Filamenten mit Gangunterschieden größer als eine Wellenlänge das Soleil-Verfahren angewendet wird, wobei die optischen Achsen des Sendesystems mit Lichtquelle, Chopper, Optik so wie Polarisator einerseits und des Empfängersystems mit an getriebenem Soleilkompensator, Analysator und Photoempfänger andererseits einen Winkel von 10 bis 30 Grad bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß für Intensitätsverhältnisse < 0,08 der Operationsverstärker nur mit einer Wurzelfunktion arbeitet.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß bei ruhendem Schrittmotor im Anschluß an die Recheneinheit die zeitlichen Schwankungen der Doppelbrechung quadriert und für bestimmte Zeitabschnitte die Standardabweichung und der Variationskoeffizient gebildet werden.