DE4300290A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Dicke eines Blattes, einer Bahn oder dergleichen nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.

Allgemein hat die Erfindung mit der Messung der Dicke von relativ dünnen, flächigen Gegenständen zu tun, wie bei­ spielsweise Blätter oder Bahnen aus Papier, wobei diese Gegenstände während deren Dickenmessung auch vorlaufen können, die Dickenmessung also "on line" erfolgt.

Es sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe die Dicke eines Materials bestimmt werden kann. Bei der Herstellung einer Bahn oder eines Blattes aus einem Material wie beispielsweise Papier werden "on line"-Sensoren zur Messung der Dicke der Bahn oder des Blattes eingesetzt. Bei vielen solcher Systeme werden obe­ re und untere Meßköpfe an einem O-Rahmen angeordnet, so daß sie sich gemeinsam quer über die Bahn oder das Blatt hinwegbewegen und ein Dickenprofil aufnehmen. Bei einer besonderen Technik dieser Art trägt einer der beiden Meß­ köpfe eine ferromagnetische Scheibe und der andere Kopf eine auf einem magnetischen Kern angeordnete Wicklung, wo­ bei der magnetische Widerstand dieser Wicklung in Überein­ stimmung mit der Trennung oder dem Abstand zwischen der Scheibe und dem Kern variiert.

Bei bestimmten bekannten Systemen sind die Meß- oder Sen­ sorköpfe in direktem Kontakt mit den oberen und unteren Oberflächen der Bahn oder des Blattes, deren Dicke gemes­ sen werden soll. In manchen Fällen weisen die Köpfe Mem­ branen oder Faltenbälge auf, um so einen flexiblen Kontakt mit dem zu messenden Material herzustellen, insbesondere wenn dieses während der Messung vorgeschoben wird. Einige Meßköpfe nach dem Stande der Technik haben eine besondere geometrische Ausgestaltung und sind mit einem glatten, ge­ härteten Material bedeckt, um Effekte minimal zu halten, die auf Oberflächen- und Festigkeitsunregelmäßigkeiten des zu messenden Materials zurückgehen, die ihrerseits wiede­ rum durch Feuchtigkeitsschwankungen, Schmutz oder Löcher verursacht werden können, was obendrein ein Reißen, Mar­ kierungen in einer Papierbeschichtung oder einen Bahnbruch veranlassen kann.

Andere Hilfsmittel wurden bereits angewandt, falls das zu messende Material, beispielsweise eine vorlaufende oder stillstehende Bahn, eine weiche Beschichtung trägt oder extreme Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweist. Zu solchen Hilfsmitteln gehört beispielsweise ein Rollkontakt zwi­ schen dem Meßkopf und der Bahn oder die Ausbildung eines Luftkissens zwischen Bahn und Meßkopf. Zur Ausbildung ei­ nes rollenden Kontaktes werden Rollen mit kleinen Durch­ messern verwendet. Bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten laufen die Rollen mit derart hohen Drehgeschwindigkeiten um, daß eine häufige Auswechslung notwendig ist.

Bei Sensoren, die zusammen mit einem Luftkissen eingesetzt werden, wurden Versuche unternommen, um den Abstand zwi­ schen dem Meßkopf und dem Blatt- oder Bahnmaterial dadurch konstant zu halten, daß eine konstante Luftsäule aufrecht­ erhalten wird. Es ist jedoch schwierig, den Luftkissenab­ stand so genau aufrechtzuerhalten, wie es für eine Präzi­ sionsmessung dünner Blätter oder Bahnen erforderlich ist.

Bei weiterhin anderen Systemen bekannter Art werden obere und untere Meßköpfe in Abständen von den oberen und unte­ ren Oberflächen des Blattes oder der Bahn angeordnet. Die jeweiligen Abstände zwischen der oberen Oberfläche des Blattes und dem oberen Meßkopf beziehungsweise der unteren Oberfläche des Blattes und dem unteren Meßkopf werden durch optische Triangulationssysteme gemessen. Durch eine dritte Messung wird der Abstand zwischen den oberen und unteren Meßköpfen gemessen. Unter Ausnutzung dieser drei Abstandsmessungen wird die Dicke des Blattes oder der Bahn berechnet. Obwohl bei einem solchen System die Probleme, die bei Anordnungen mit die Oberfläche des zu messenden Materials berührenden Meßköpfen auftreten, vermieden wer­ den können, ist dieses System doch nicht genau genug, ins­ besondere im Falle dünner Blätter, Bahnen oder dergleichen.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und Vorrich­ tungen anzugeben mit deren Hilfe Dickenmessungen, insbe­ sondere "on line" an Blättern, Bahnen oder dergleichen dünnen, flächigen Materialien genauer und zuverlässiger, vor allem auch an sehr dünnen Materialien ausgeführt wer­ den können, wobei ein oder zwei Meßköpfe außer Berührung mit dem zu messenden Material gehalten werden können.

Dabei sollen insbesondere auch Einflüsse, die auf eine Be­ wegung des zu messenden Materials oder auf eine Verformung eines die Meßköpfe tragenden Rahmens zurückgehen, kompen­ siert werden. Ebenfalls kompensiert werden sollen Stauban­ sammlungen und Änderungen in der Durchsichtigkeit der zu messenden Materialien.

Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden durch die in den Kennzeichnungsteilen der Patentansprüche 1 und 2 stehenden Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind der Gegenstand der sich diesen Ansprü­ chen anschließenden Unteransprüche.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsfor­ men der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Dickensensors;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer op­ tischen Dickenmeßvorrichtung zur Anwen­ dung bei einem Dickensensor;

Fig. 3 eine Schnittansicht der optischen Dik­ kenmeßvorrichtung für den Sensor gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der An­ sprechkurve der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer an­ deren Ausführungsform einer optischen Dickenmeßvorrichtung zur Anwendung in einem Dickensensor;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Funk­ tionsweise der Vorrichtung aus Fig. 5;

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Be­ triebsweise der Detektoren in der Vor­ richtung gemäß Fig. 5;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer wei­ teren Ausführungsform einer Dickenmeß­ vorrichtung zur Anwendung in einem Dik­ kensensor und

Fig. 9 eine Schnittansicht einer berührungslo­ sen Ausführungsform eines Dickensensors.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt ein Dickensensor einen unteren Meß- oder Sensorkopf 10 sowie einen oberen Meß- oder Sensorkopf 12. Die Köpfe 10, 12 sind in der Nähe ei­ nes Blattes oder einer Bahn 14 aus Papier oder derglei­ chen, deren Dicke gemessen werden soll, angeordnet.

Der untere Kopf 10 weist einen Gehäuseunterteil 16 und ei­ nen Gehäuseoberteil 18 auf. Die obere, offene Stirnseite des Gehäuseteils 18 ist durch eine Kappe 20 abgedeckt, die durch Schrauben 22, 24 in ihrer Position gehalten wird. An der Kappe 20 ist ein Fenster 26 vorgesehen.

Der untere Kopf 10 umschließt einen Servomechanismus 28, bei dem es sich beispielsweise um einen Lautsprecher mit einer konusförmigen Membran 30 oder dergleichen und einen Antriebsmechanismus 32, der durch Leitungen 34, 36 ge­ speist wird, handeln kann.

Der bewegliche Konus 30 des Servomechanismus 28 stützt ei­ nen Körper 38 ab, der ein Paar von Abstandsmeßeinheiten 40 und 42 trägt, welche ihrerseits in einer noch zu beschrei­ benden Weise so miteinander zusammenwirken, daß sie an Leitungen 44, 46 ein Ausgangssignal erzeugen, das, nach entsprechender Modifizierung, an die Leitungen 34 und 36 angelegt wird, um den Körper 38 in einem vorbestimmten Ab­ stand von der unteren Oberfläche der Bahn 14 zu halten.

Der Körper 38 trägt eine Ferritscheibe 48, die mit die Einheiten 40, 42 aufnehmenden Bohrungen 50, 52 ausgestat­ tet ist. Es läßt sich leicht einsehen, daß dann, wenn der Körper 38 in einem vorgegebenen Abstand von der unteren Oberfläche der Bahn 14 gehalten wird, auch die Scheibe 48 in einem vorgegebenen Abstand von der unteren Oberfläche der Bahn positioniert ist.

In Fig. 3 sind Einzelheiten der Einheit 40 dargestellt, die insoweit mit der Einheit 42 identisch ist. Die Einheit 40 weist ein Gehäuse 70 auf, das auf einer Basis 72 abge­ stützt ist und an seiner Oberseite mit einer Öffnung 74 versehen ist. Hinter der Öffnung 74 ist ein Fenster 76 an­ geordnet. Das Gehäuse 70 dient der Abstützung einer Licht­ quelle 78 irgendeiner an sich bekannten Art, die in seit­ lichem Abstand von einem Lichtdetektor 80 angeordnet ist. Eine Linse 82, die im Gehäuse 70 hinter dem Fenster 76 an­ geordnet ist, fokussiert Licht aus der Lichtquelle 78 auf die untere Oberfläche der Bahn 14. Weiterhin fokussiert die Linse 82 auch von der Unterseite der Bahn reflektier­ tes Licht auf den Detektor 80. Diese Wirkungsweise ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Wie an sich bekannt, hat, wie in Fig. 4 dargestellt, die Intensität des re­ flektierten Lichtes ein Maximum mit einem scharfen vorde­ ren Anstieg und einem ziemlich scharfen hinteren Abfall, entsprechend einer Kurvenabhängigkeit von 1/d², wobei d der Abstand von der Oberfläche der Bahn 14 zur Vorderseite der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung ist. Ein derarti­ ges System hat für kleine dynamische Bereiche eine hohe Meßempfindlichkeit. Die Meßauflösung für einige kurze dy­ namische Bereichskonfigurationen liegt in der Größenord­ nung von einigen Hundertsteln eines Mikrons.

Bei der besonderen, in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ form ist zu beachten, daß die Einheiten 40 und 42 in un­ terschiedlichen Entfernungen von der Oberfläche des unte­ ren Kopfes 10 befestigt sind. Eine Einheit ist in einem Abstand von 3,45 mm unterhalb der Oberfläche montiert, während die andere Einheit in einem Abstand von 4,65 mm unter dieser Fläche angeordnet ist. Bei der besonderen Ausführungsform gemäß Fig. 3 wäre die Position des Mit­ telpunktes zwischen diesen Abständen bei 4,3 mm von der Bahnoberfläche an der Position des Scheitels der Ansprech­ kurve für die Einheiten 40 und 42. Unter diesen Bedingun­ gen wirkt die Einheit 40 an dem vorderen Anstieg der An­ sprechkurve, während die Einheit 42 an dem hinteren Abfall dieser Kurve betrieben wird. Wenn die Differenz Δ1 zwi­ schen den Abständen der Einheiten 40 und 42 bei 1,2 mm liegt, wobei die Einheit 40 3,45 mm unter der Oberfläche der Scheibe 48 und die Einheit 42 4,65 mm unter der Ober­ fläche der Scheibe 48 liegt, befindet sich die Bahn 14 in einem konstanten Abstand von der Oberfläche, wenn die Sig­ nale aus den beiden Detektoren bei einer Trennung oder Staffelung von etwa 0,25 mm zwischen der Bahnoberfläche und dem unteren Kopf 10 einander gleich sind. Wenn sich die Entfernung zwischen der Oberfläche des Kopfes und der Bahn ändert, hält das an den Servomechanismus 28 angelegte Signal eine Null-Differenz zwischen den Ausgängen der bei­ den Entfernungsmeßeinheiten 40 und 42 aufrecht. Wenn die Entfernung oder der Abstand größer ist, wird der Unter­ schied zwischen den Ausgängen oder D₂-D₁ negativ. Wenn die Entfernung kleiner wird, wird der Unterschied zwischen den Ausgängen der beiden Einheiten positiv. Durch dieses Verfahren wird ein wirksamer Weg vermittelt, um einen fe­ sten Abstand zwischen der an dem die Bahn 14 nicht berüh­ renden Kopf 10 angeordneten Scheibe 48 und der unteren Oberfläche der Bahn 14 aufrechtzuerhalten.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung arbeitet nach der Methode des magnetischen Widerstandes. Dies bedeutet, wie an sich bekannt, daß der magnetische Widerstand an den Leitungen 66 und 68 durch die Annäherung der Ferritscheibe 48 an den Ferritkern 56 bestimmt wird. Da der obere Kopf über ein Gehäuse 54 oder dergleichen die obere Oberfläche der Bahn 14 berührt und der untere Kopf 10 in einem vorbe­ stimmten Abstand von der unteren Oberfläche der Bahn 14 gehalten ist, ist der magnetische Widerstand zwischen den Leitungen 66 und 68 ein direktes Maß für die Dicke der Bahn 14. Die hohe Empfindlichkeit dieser Messung reicht bis zu 5 mm, wobei die höchste Empfindlichkeit im Bereich von 0 bis 2,5 mm liegt.

Dadurch daß der Kopf 12 in Kontakt mit der oberen Oberflä­ che der Bahn 14 ist und der Ferritkern 56 sich mit Bezug auf den Kopf 12 bei der dargestellten Ausführungsform in einer festen Position befindet, liegt auch der Kern 56 in einem festen Abstand von der oberen Oberseite der Bahn 14. Der Kern 56 könnte auch statt durch das Gehäuse 54 durch einen Faltenbalg oder dergleichen am Kopf 12 abgestützt sein, wobei dann der Faltenbalg in Berührung mit der obe­ ren Oberfläche der Bahn 14 wäre. Die Köpfe 10 und 12 sind von einem (nicht dargestellten) U-förmigen Rahmen oder Ge­ stell an sich bekannter Art abgestützt. Vorzugsweise wird auf die Oberfläche des Kopfes 12, der die Bahn 14 berührt, eine gehärtete Beschichtung an sich bekannter Art aufge­ bracht.

Die hohe Empfindlichkeit der Kombination der Technik der magnetischen Widerstandsmessung mit der optischen Ab­ standsabfühlung ergibt eine genaue Messung der Bahndicke. Die Bahndurchgangslinie wird relativ zu dem ortsfesten Kopf aufrechterhalten. Eine Rahmenverformung wird durch Messung der Trennung des gesamten Kopfes kompensiert und weiterhin durch eine gesteuerte Bewegung des unteren Kopfes, um so einen konstanten Abstand zur Bahnoberfläche aufrechtzuerhalten.

Die Verwendung der beiden als Sender-/Empfänger-Anordnun­ gen ausgebildeten Einheiten 40 und 42 und die Anordnung des Servomechanismus 28 zur Aufrechterhaltung eines Null- Unterschieds zwischen den empfangenen Lichtintensitäten kompensiert eine Staubansammlung, Änderungen in der Licht­ durchlässigkeit der Bahn, Änderungen des Reflexionsvermö­ gens sowie Farbschattierungsänderungen.

Es ist auch möglich, falls erwünscht, das Verhältnis der Ausgangssignale aus den Einheiten 40 und 42 anstatt die Differenz dieser Ausgänge zu verwenden. Wenn das Verhält­ nis D₁/D₂ zur Messung des Abstandes der Papieroberfläche bei weniger als der eingestellten Entfernung von bei­ spielsweise 4,3 mm benutzt wird, ist das Verhältnis klei­ ner als 1. Bei 4,3 mm ist das Verhältnis genau 1, und bei größeren Abständen wird das Verhältnis größer als 1. Die Verhältnissignale werden in passender Weise behandelt, um für die Betätigung des Servomechanismus 28 geeignete Sig­ nale zu gewinnen. Diese Verhältnismethode ergibt eine hohe Empfindlichkeit bei der Abstandsmessung und dient weiter­ hin der Kompensation von Staubansammlung, Änderungen in der Papierdurchlüssigkeit, Änderungen im Reflexionsvermö­ gen Farbschattenänderungen sowie einer Detektorabdrift.

In den Fig. 5 bis 7 ist ein abgewandeltes Abstandsmeß­ system dargestellt. Bei der dort gezeigten Anordnung fin­ den ein Laser 88 und vier Detektoren 90, 92, 94 und 96, die symmetrisch um den Laser herum angeordnet sind, Anwen­ dung. Ein Lichtleiter 98 leitet den Laserstrahl zu einer Hologramm- oder Linsenanordnung 100 am Ende des Lichtlei­ ters. Wenn der Strahl durch die Anordnung 100 hindurch­ tritt, wird er astigmatisch und bildet einen Strahl mit elliptischer Querschnittsform. Licht, welches von der Oberfläche der Bahn 14 reflektiert wird, wird durch die Lichtleiter 102, 104, 106 und 108 zu den betreffenden De­ tektoren 90, 92, 94 beziehungsweise 96 zurückgeführt, wo­ bei diese Lichtleiter 102, 104, 106 und 108 symmetrisch um den Lichtleiter 98 herum angeordnet sind.

In Fig. 6 ist die Betriebsweise des in Fig. 5 gezeigten optischen Systems schematisch dargestellt. Wie bereits oben ausgeführt, nimmt das Laserlicht aus der Lichtquelle 88 dann, wenn es aus der Hologrammanordnung 100 austritt, eine elliptische Form an, die durch die Ellipse L angege­ ben ist, die ihrerseits mit Bezug auf die optische Achse XX des Systems eine kleine Achse A-A′ und eine große Achse B-B′ hat. Vom Objektpunkt P aus gesehen, wird die Ellipse kleiner, wenn sie von dem Lichtleiter 98 wegwandert und dabei auf sich selbst konvergiert. Die große Achse schrumpft schneller als die kleine Achse und verschwindet gegebenenfalls ganz, so daß ein horizontales Bild a-a′ der kleinen Achse zurückbleibt. Wenn sich der Strahl von die­ sem Punkt weg fortsetzt, ist das Ergebnis ein elliptisches Bild, wobei die große Achse größer wird, wie in einer Fo­ kalebene FP durch die senkrechte Linie b′-b angegeben ist. Wenn der Strahl die Stelle a-a′ verläßt, schrumpft die kleinen Achse so weit, bis sie die gleiche Länge wie die wachsende große Achse hat, was ein kreisförmiges Bild er­ gibt. An einem noch weiter entfernten Punkt auf dem Ver­ lauf des Strahles verschwindet die kleine Achse und das Bild ist eine vertikale Linie b′-b. Wenn sich der Strahl weiter fortsetzen würde, wäre das Ergebnis eine Ellipse von weiter wachsender Größe, die um 180° verdreht ist.

Für den Zweck der Abstandsmessung ist der Bereich interes­ sant, der zwischen der Ausbildung der Linie a-a′ und der Linie b′-b liegt. Die Bilder, die in diesem Bereich gebil­ det werden, werden auf die peripheren Lichtleiter oder Lichtfasern 102, 104, 106 und 108 zurückreflektiert, wel­ che die Bilder zu den Detektoren 90, 92, 94 und 96 zurück­ führen, um auf diese Weise eine Gruppe von Signalen zu liefern, die das "Muster" darstellen, das auf dem Papier erblickt wird, und somit den Abstand zwischen dem Ende des Lichtleiters 98 und der Oberfläche der Bahn 14.

Es ist leicht einzusehen, daß durch Benutzung der Verhält­ nisse einander gegenüberliegender Paare der Detektoren 90, 92, 94 und 96 und einer anschließenden Verhältnisbildung aus diesen Verhältnissen eine Messung der Größe der Ellip­ se erhalten werden kann, wobei diese Größe der Abstand der Bahnoberfläche, in Fig. 6 durch FP angegeben, von dem En­ de des Lichtleiter 68 ist. In Fig. 4 sind die drei extre­ men Bedingungen des Bildes im Meßbereich mit gestrichelten Linien in den jeweiligen Unterfiguren (a), (b) und (c) dargestellt.

Die oben beschriebene Technik, bei welcher das Faseroptik­ system einschließlich der Lichtleiter oder Lichtfaser 98, 102, 104, 106 und 108 Anwendung findet, gestattet es, daß die Elektronik noch weiter weg von der schädlichen Umge­ bung der Bahnproduktion entfernt angeordnet werden kann. Weiterhin werden dadurch, daß die Verhältnisse der den einander gegenüberliegenden Lichtleitern zugeordneten De­ tektoren gebildet werden, Änderungen im Reflexionsvermö­ gen, die ihrerseits durch Variationen von Farbe, Refle­ xionsvermögen oder Änderungen der Lichtdurchlässigkeit oder dergleichen entstehen können, sowie auch Schmutzbil­ dung im wesentlichen ausgeschaltet. Die durch die Anord­ nung gemäß Fig. 5 bis 7 erhaltene Abstandsmessung kann dazu benutzt werden, den Servomechanismus 28 oder einen ähnlichen Mechanismus mit Energie zu versorgen, um so ei­ nen konstanten Abstand beispielsweise zwischen der unteren Oberfläche der Bahn 14 und der Oberseite der Scheibe 48 aufrechtzuerhalten. Diese Meßtechnik mit Faseroptik kann auch zur gleichzeitigen Messung von mehr als einer Bahnpo­ sition ausgenutzt werden, und zwar unter Verwendung von multiplen Faserbündeln und Detektorpackanordnungen zusam­ men mit Bildbehandlungs-Rechenverfahren.

Es kann auch sein, daß bei dickerem Material eine optische Triangulations-Abstandsmessung ausreichend empfindlich ist. Eine solche Methode kann auch dann erforderlich wer­ den, wenn die Oberflächenunregelmäßigkeiten des Materials größer als der dynamische Bereich, der eine höhere Em­ pfindlichkeit besitzenden, optischen Entfernungsmeßverfah­ ren ist, wie sie oben beschrieben wurden. In Fig. 8 ist beispielsweise eine Triangulations-Abstandsmeßvorrichtung 110 dargestellt, die eine Laserlichtquelle 112 ein­ schließt, die einen Lichtstrahl auf die Oberfläche der Bahn 14 wirft. Das von der Oberfläche der Bahn 14 reflek­ tierte Licht wird durch eine Linse 114 auf die Oberfläche eines aus vielen Einzelelementen bestehenden Detektors 116 übertragen.

Im Betrieb eines solchen Triangulations-Meßsystems wird der Punkt auf dem Detektor 116, an dem das reflektierte Licht auftrifft, durch den Abstand der Bahn 14 von der Lichtquelle 112 bestimmt. Wenn beispielsweise sich die Bahn 14 an der Stelle befindet, die in Fig. 8 mit voll ausgezogenen Linien dargestellt ist, verläuft der reflek­ tierte Strahl entlang dem strichpunktiert dargestellten Weg und trifft an einem ersten Punkt auf den Detektor 116 auf. Wenn die Bahn weiter weg ist, was in Fig. 8 durch die unterbrochene, gestrichelte Linie dargestellt ist, verläuft das reflektierte Licht entlang der unterbroche­ nen, gestrichelten Linie und trifft auf dem Detektor 116 an einem Punkt auf, der rechts von dem zuvor erwähnten Punkt liegt, welcher dem strichpunktierten Lichtverlauf entspricht. Wenn ferner die Bahn 14 näher an der Licht­ quelle 112 liegt, wie in Fig. 8 durch die punktierte Li­ nie angedeutet, verläuft die reflektierte Strahlung ent­ lang der punktierten Linie und trifft auf dem Detektor 116 an einem Punkt auf, der links von dem Punkt liegt, der dem strichpunktiert dargestellten Lichtverlauf entspricht. Es wurde gefunden, daß die Auflösung bei der Triangulations- Methode etwa 2 µ beträgt, und zwar bei einem Rückhalteab­ stand von 125 mm und einem Meßbereich von etwa 12,5 mm. Für größere Meßbereiche ist die Auflösung kleiner. Auch wenn eine solche kleine Auflösung für Papier und andere dünne Erzeugnisse nicht angemessen ist, kann sie doch für dickere Materialien ausreichend sein, beispielsweise Papp­ karton und Baumaterial, wie beispielsweise Deckenverklei­ dungen. Wiederum können auch die durch Triangulation er­ haltenen Meßergebnisse dazu benutzt werden, einen Servome­ chanismus wie den Mechanismus 28 zu betreiben.

In Fig. 9 ist eine Ausführungsform eines "on line"-Dik­ kensensors dargestellt, der mit dem zu messenden Objekt keinerlei Berührung hat. Bei der Ausführungsform nach Fi­ gur 9 ist der untere Kopf 118 mit dem unteren Kopf 10 der Ausführungsform gemäß Fig. 1 identisch. Der obere Kopf 120 befindet sich außer Kontakt mit der oberen Oberfläche der Bahn 14. Dieser obere Kopf 120 beherbergt einen Servo­ mechanismus 122, der dem Servomechanismus 28 gemäß Fig. 1 ähnlich ist. Der Konus oder das bewegliche Element 124 des Servomechanismus 122 trägt zur gleichzeitigen Bewegung mit ihm einen Ferritkern 126 mit einem peripheren Ringab­ schnitt 128 und einem zentralen, allgemein zylindrischen Abschnitt oder Polstück 130. Das zylindrische Polstück 130 ist mit einer Aussparung 132 zur Aufnahme eines Körpers 134 ausgebildet, der ein Paar von Abstandsmeßeinheiten 136 und 138 trägt, deren Wirkungsweise zu derjenigen der Ein­ heiten 40 und 42 gemäß Fig. 1 analog ist. Das Polstück 130 trägt eine Wicklung 140, entsprechend der Wicklung 64 am oberen Kopf 12 in Fig. 1.

Im Betrieb der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bilden die Ferritscheibe 48 und der die Wicklung 64 tragende Kern 56 eine Abstandsmeßvorrichtung, die auf dem Prinzip der vari­ ablen Induktanz beruht, bei welcher die Induktanz zwischen den Leitungen 66 und 68 ein Maß für den Abstand oder die Trennung zwischen der Scheibe 48 und dem Kern 56 ist. Auf­ grund der Tatsache, daß sich der Kopf 12 ständig in Kon­ takt mit der oberen Oberfläche der Bahn 14 befindet und der Kern 56 in einer festen Position am Kopf 54 angeordnet ist, liegt auch der Kern in einem festen Abstand von der oberen Oberfläche der Bahn 14.

Wie oben erläutert, steuern die beiden optischen Abstands­ meßvorrichtungen 40 und 42 auf diese Weise die Energiever­ sorgung des Mechanismus 28, um so einen vorbestimmten Ab­ stand zwischen der unteren Oberfläche der Bahn 14 und der Oberseite der Scheibe 48 aufrechtzuerhalten. Wenn daher die untere Oberfläche der Bahn 14 dichter an die Oberseite der Scheibe 48 herankommt, verursachen die Vorrichtungen 40 und 42 ein solches, an die Leitungen 34 und 36 anzule­ gendes Signal, welches bewirkt, daß sich die Scheibe 48 von der Bahn 14 wegbewegt. Wenn sich umgekehrt die untere Oberfläche der Bahn 14 von der Scheibe 48 wegbewegt, wird der Servomechanismus 28 so betätigt, daß sich die Scheibe 48 näher an die Unterseite der Bahn 14 heranbewegt. Auf diese Weise wird die Scheibe 48 in einem vorgegebenen Ab­ stand von der Unterseite der Bahn 14 gehalten. Der magne­ tische Widerstand zwischen den Leitungen 66 und 68 ist ein Maß des Abstandes zwischen der Scheibe 48 und dem Kern 56. Da sowohl der Abstand zwischen der Scheibe 48 und der Un­ terseite der Bahn 14 als auch der Abstand zwischen dem Kern 56 und der Oberseite der Bahn 14 konstant gehalten werden, ist der magnetische Widerstand zwischen den Lei­ tungen 66 und 68 ein (direktes) Maß für die Dicke der Bahn 14.

Die Betriebsweise des Kopfes 118 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist die gleiche wie diejenige des Kopfes 10 in Fig. 1. Die Betriebsweise des Kopfes 120, der sich außer Berührung mit der Oberseite der Bahn 14 befindet, ist analog zur der Wirkungsweise des Kopfes 10, und zwar deshalb, weil der Servomechanismus 122 in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der beiden Empfänger-/Sender-Einhei­ ten 136, 138 zwischen dem Kern 126 und der oberen Oberflä­ che der Bahn 14 einen vorbestimmten, konstanten Abstand aufrechterhält. Da wiederum der Abstand zwischen der Fer­ ritplatte des Kopfes 118 und der unteren Oberfläche der Bahn 14 und der Abstand zwischen dem Kern 126 und der obe­ ren Oberfläche der Bahn 14 konstant gehalten werden, ist der magnetische Widerstand der Wicklung 140 ein direktes Maß für die Dicke der Bahn 14.

Wie oben ausgeführt, ist leicht einzusehen, daß anstelle der Vorrichtungen 136 und 138 auch die anderen optischen Abstandsmeßvorrichtungen gemäß Fig. 5 und 8 eingesetzt werden können.

Aus dem Voranstehenden ergibt sich, daß ein "on line" ein­ setzbarer Apparat zur Messung der Dicke einer Bahn vorge­ schlagen wurde, der genauer als bekannte Systeme arbeitet. Bei der beschriebenen Vorrichtung werden eine oder beide Abfühlköpfe außer Kontakt mit der Bahn gehalten. Das er­ findungsgemäße System arbeitet zuverlässiger als bekannte Dickenmeßsysteme. Das hier vorgeschlagene System eignet sich insbesondere für die Messung der Dicke dünner Bahnen oder Blätter. Eine Bahn- oder Blattbewegung wird kompen­ siert in gleicher Weise wie eine Rahmenverformung, Staub­ ansammlung, Änderungen im Reflexionsvermögen, Farbschat­ tierungen und Wechsel in der Bahnlichtdurchlässigkeit.

Es versteht sich, daß bestimmte Merkmale und Unterkombina­ tionen von Merkmalen, wie sie oben beschrieben wurden, in gleicher Weise nützlich sind und ohne Bezug auf andere Merkmale und Unterkombinationen eingesetzt werden können. Auch dies liegt im Schutzbereich der nachstehenden Patent­ ansprüche. Es ist ferner offensichtlich, daß zahlreiche Abwandlungen an Einzelheiten vorgenommen werden können, die ebenfalls in diesen Schutzbereich fallen.

Claims (16)

1. Verfahren zum Messen der Dicke eines Blattes, einer Bahn oder dergleichen mit von einander abgewandten Oberflächen unter Verwendung eines Paares miteinan­ der zusammenwirkender Mittel, die ein Ausgangssignal erzeugen, das seinerseits ein Maß für den gegenseiti­ gen Abstand dieser Mittel ist, dadurch gekennzeichnet,
daß man jeweils eines dieser Mittel in der Nähe einer der Oberflächen des Blattes oder der Bahn anordnet,
daß man eines dieser Mittel in einem festen Abstand von einer der Oberflächen hält,
daß man den Abstand zwischen der anderen Oberfläche und dem anderen Mittel mißt, und
daß man das andere Mittel in Abhängigkeit von diesem gemessenen Abstand in einem konstanten Abstand von der anderen Oberfläche hält, so daß das Ausgangssig­ nal der Mittel ein Maß für die Dicke des Blattes, der Bahn oder dergleichen ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 mit einem Paar zusammenwirkender Mittel (10, 12; 118, 120), die ein Ausgangssignal erzeugen, das seinerseits ein Maß für den Abstand zwischen diesen Mitteln ist, und mit - gegebenenfalls die Blatt- oder Bahnoberfläche berührenden - Mitteln (54, 122) zum Halten eines der zusammenwirkenden Mittel (12, 120) in einem konstanten Abstand von der einen Oberfläche des Blattes oder der Bahn (14), dadurch gekennzeichnet, daß ein Servomechanismus (28, 122) das andere (10; 118) der zusammenwirkenden Mit­ tel in einem konstanten Abstand von der anderen Ober­ fläche des Blattes oder der Bahn (14) hält und hier­ durch das Ausgangssignal der beiden zusammenwirkenden Mittel (10, 12; 118, 120) ein Maß für die Blatt- oder Bahndicke ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus (28) optische Mittel (40, 42) zur Messung des Abstandes zwischen dem anderen Mittel (10) und der anderen Oberfläche der Bahn (14) umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus (28) Mittel zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einer Ver­ änderung des Abstandes zwischen dem anderen Mittel (10) und der anderen Oberfläche der Bahn (14) umfaßt, sowie Mittel, die auf dieses Signal ansprechen, um das andere Mittel (10) auf den konstanten Abstand von der Bahn (14) zurückzuführen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optischen Mittel Lichtleiter (98, 102, 104, 106, 108) umfassen, die von einer Stelle in der Nähe der anderen Bahnoberfläche zu einer Stelle verlaufen, die von der anderen Bahnoberfläche relativ weit entfernt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus (28) ein erstes Sender-/Em­ pfänger-Paar (40) zur Erzeugung eines ersten Signals als Maß des Abstandes dieses ersten Paares von der anderen Bahnoberfläche umfaßt, ferner ein zweites Sender-/Empfänger-Paar (42) zur Erzeugung eines zwei­ ten Signals als Maß des Abstandes des zweiten Paares von der anderen Bahnoberfläche sowie Mittel zur Befe­ stigung des ersten und zweiten Sender-/Empfänger-Paa­ res (40, 42) auf dem anderen Mittel (10) in einer solchen unterschiedlichen Entfernung von der anderen Bahnoberfläche, daß das andere Mittel (10) sich in einem konstanten Abstand befindet, wenn die ersten und zweiten Signale einander gleich sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus (28) ein verschiebliches Glied (30), signalabhängige Mittel (32) zur Verschie­ bung dieses Gliedes sowie Mittel umfaßt zum Anlegen des Unterschiedes zwischen dem ersten und zweiten Signal an die signalabhängigen Mittel.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus ein bewegliches Glied (30), signalabhängige Mittel (32) zum Verschieben des Glie­ des sowie Mittel umfaßt, die ihrerseits Mittel zur Bestimmung des Verhältnisses des ersten und zweiten Signals zur Weiterleitung eines Signals zu den sig­ nalabhängigen Mitteln umfassen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus (28) eine Hologramm- oder Linsenanordnung (100) umfaßt, ferner einen Laser zum Durchleiten eines Lichtstrahles durch diese Anordnung auf der anderen Bahnoberfläche sowie Mittel, welche auf das von dieser Oberfläche reflektierte Licht an­ sprechen und ein Maß liefern für die Entfernung der anderen Mittel (10) von der anderen Bahnoberfläche.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das reflektierte Licht ansprechenden Mit­ tel vier Detektoren (90, 92, 94, 96) umfassen, die symmetrisch um den Laser (88) herum angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus einen zentralen Lichtleiter (98) umfaßt, der von dem Laser zu einer Stelle in der Nähe der anderen Bahnoberfläche verläuft sowie Licht­ leiter (102, 104, 106, 108), die symmetrisch um den zentralen Lichtleiter herum angeordnet sind und das reflektierte Licht von der anderen Bahnoberfläche zu den Detektoren leitet, wobei die Hologramm- oder Lin­ senanordnung an dem Ende des zentralen Lichtleiters in der Nähe der anderen Bahnoberfläche angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus (28) ein optisches Mittel für die Messung der Entfernung zwischen dem anderen Mittel und der anderen Bahnoberfläche umfaßt, das nach der Triangulationsmethode arbeitet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel (12) einen ferromagnetischen Kern (56) mit einer Wicklung (64) umfaßt, und daß das zweite Mittel (12) einen Körper (48) aus ferromagne­ tischem Material einschließt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt, die Bahn (14) oder dergleichen vor­ zugsweise während der Dickenmessung mit einer be­ stimmten Geschwindigkeit vorläuft, und daß die zusam­ menwirkenden Mittel einen ersten Kopf (12) und einen zweiten Kopf (10) umfassen, wobei der erste Kopf (12) in Kontakt mit einer Oberfläche der Bahn (14) und der zweite Kopf (10) außer Kontakt mit der Bahn (14) ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ei­ nen ersten Servomechanismus (122), durch den das er­ ste Mittel (120) in einem konstanten Abstand von ei­ ner der Oberflächen der Bahn (14) gehalten wird, und durch einen zweiten Servomechanismus (28), durch den das zweite Mittel (118) in einem konstanten Abstand von der anderen Oberfläche der Bahn (14) gehalten wird, so daß das aus den beiden Mitteln abgeleitete Signal eine Anzeige der Bahndicke ist.

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, zum Aufrechterhalten eines konstanten Ab­ standes zwischen der Oberfläche eines Körpers und ei­ ner vorgegebenen Fläche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
ein bewegliches Glied (30) zur Abstützung des Körpers (38) zum Zwecke einer Bewegung der Oberfläche des Körpers relativ zu der vorgegebenen Fläche und erste und zweite optische Sender-/Empfänger-Paare (40, 42), die in solchen unterschiedlichen Abständen von der gegebenen Fläche befestigt sind, daß die Oberfläche des Körpers (38) sich in einem konstanten Abstand be­ findet, wenn die Ausgangssignale der Sender-/Empfän­ ger-Paare gleich sind.