DE4421050A1

DE4421050A1 - Online-Ablenkungskompensation in Instrumenten, welche fokussierte Strahlen verwenden

Info

Publication number: DE4421050A1
Application number: DE4421050A
Authority: DE
Inventors: Steve Perry Sturm
Original assignee: ABB Industrial Systems Inc
Current assignee: ABB Automation Inc
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2014-06-18
Also published as: DE4421050B4; FI942914A0; FI942914A; US5457539A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Messung verschiedener Parameter oder Eigenschaften einer Bahn von Bogenmaterial bzw. Bahnmaterial während dessen Herstellung und, genauer gesagt, auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Kompensierung von Ablenkungen innerhalb von Instrumenten, die Bahneigenschaften mit Hilfe eines fokussierten Strahles einer Strahlung messen, wie z. B. einem fokussierten Lichtstrahl.

Viele Online Geräte verwenden fokussierte Strahlen einer Strahlung, um die Eigenschaften der Bahnen von Bahn- bzw. Lagenmaterial zu messen, wie z. B. bei Papierprodukten, während diese Bahnen hergestellt werden. Beispiele für unter Verwendung fokussierter Strahlen gemessene Eigenschaften schließen Farbe, Glanz, Helligkeit, Oberflächenfeuchtigkeit, Beschichtung und Glätte ein. Wenn die Position einer Bahn eines Produktes, in der Industrie als "Prozeß" oder "Lage" bezeichnet, von der beabsichtigten Durchlauflinie abweicht oder sich relativ zu einem Gerät mit fokussiertem Strahl bewegt, resultieren daraus typischerweise Meßfehler. Fehlerprobleme mit der Abweichung der Durchlauflinie werden normalerweise mit Hilfe von Führungen angegangen, die an dem Gerät angebracht sind, um die Lage einzuschränken, während das Instrument zeilenweise über das Produkt hinwegbewegt wird.

Unglücklicherweise ist es in vielen Anwendungsfällen unpraktisch, die Bahn bzw. deren Lage von der Geräteseite her zu führen. In einigen Anwendungsfällen ist es nicht zweckmäßig, mit dem Bahnverlauf in Kontakt zu kommen oder es tritt eine Beschädigung des Produktes auf. Bei anderen Anwendungen wird die (dünne) Lage unter Verwendung von Instrumenten gemessen, die auf beiden Seiten angeordnet sind. Wenn jedes Gerät die Lage einschränkt, wird die Lage zwischen beiden auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten Führungen "eingezwängt" bzw. "verdrückt".

Ein Beispiel des Problems mit dem Einzwängen besteht in der Farbmessung von Papierbahnen, wobei die Papierbahn oder ihre Lage durch eine Platte oder Fliese bekannter Farbe unterstützt wird. Eine Stützplatte ist in einem Modul auf der Seite der Lage enthalten, die dem Gerät gegenüberliegt. Für eine angemessene Eichung des Gerätes muß der Abstand zwischen der Stützplatte oder Stützfliese und der Lage kontrolliert werden. Die Lage muß jedoch auch in dem geeigneten Fokusabstand von dem Gerät gehalten werden. Dementsprechend sollte die Lage von beiden Seiten eingeschränkt werden, was zu dem Einzwängen oder Zusammendrücken der Lage führen würde.

Wenn die Lage nur auf einer Seite eingeschränkt wird, beispielsweise auf der Seite der Stützplatte für die Farbmessung einer Papierbahn, treten in dem Farbmeßgerät auf der gegenüberliegenden Seite der Lage Fehler auf, die von der Ablenkung eines Abtastrahmens herrühren, der das Gerät typischerweise haltert.

Einige Geräte schicken einen fokussierten Strahl einer Strahlung durch eine Bahn oder ein Produkt auf einen Reflektor, der auf der gegenüberliegenden Seite der Bahn angeordnet ist. Wenn die Lage entweder auf der Seite des Senders oder des Reflektors eingeschränkt ist, können Fehler entstehen, wenn die Lage (Bahnverlauf) sich aus der Fokalebene des Meßstrahles herausbewegt, wenn sich der Abtastrahmen biegt bzw. wölbt oder abweicht.

Das Ansprechen eines optischen Gerätes unter Verwendung eines fokussierten Strahles einer Strahlung als Funktion der Fehlausrichtung oder der ungeeigneten Fokussierung des Strahles auf einer Bahn eines Produktes ist typischerweise durch eine nahezu parabolische Kurve gekennzeichnet. Das Ansprechen des Gerätes oder Sensors ist maximal, wenn die Lage entlang der erwarteten Durchlauflinie liegt, d. h. wenn der Strahl der Strahlung exakt auf die Lage fokussiert ist, die damit die Spitze bzw. den Umkehrpunkt der Parabel definiert. Wenn sich das Gerät oder die Bahn des Produktes relativ zueinander bewegen, so daß der Strahl nicht mehr auf die Bahn fokussiert ist, nimmt das Ansprechen des Gerätes entlang der parabolischen Kurve ab.

Wenn der Bahnverlauf unter Verwendung eines Bernoulli-Effekt-Niederhalters auf der Seite des Reflektors oder der Stützplatte des Bahnverlaufes eingeschränkt wird, so tritt ein Meßfehler aufgrund der Ablenkung bzw. Wölbung zwischen dem Gerät und dem Bahnverlauf auf. Wenn der absolute Abstand zwischen dem Gerät und dem Bahnverlauf oder der Niederhaltervorrichtung gemessen wird, kann ein Korrekturfaktor aus der Ansprechkurve des Gerätes abgeleitet werden, wie z. B. aus der oben erwähnten parabolischen Kurve.

Die Messung des absoluten Abstandes zwischen dem Gerät und dem Bahnverlauf oder der Niederhaltervorrichtung für eine Meßeinrichtung mit fokussiertem Strahl könnte also eine Lösung des Ablenkfehlers sein. Unglücklicherweise sind Abstandsmessungen, die eine hinreichende Genauigkeit, Temperaturstabilität und Langzeitstabilität haben und als Kompensationsmessung dienen könnten, unpraktisch. Geräte wie optische Triangulatoren, Wirbelstrom- oder magnetische Abstandsensoren können sehr genau die Veränderung des Abstandes zu der Lage oder der Niederhaltervorrichtung erfassen. Der durch solche Geräte angezeigte absolute Abstand kann sich jedoch mit der Zeit, der Temperatur oder der Winkelausrichtung verändern.

Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer verbesserten Anordnung zum Kompensieren der Abweichung oder Wölbung bei Meßgeräten, die einen fokussierten Strahl einer Strahlung verwenden. In idealer Weise sollte die Anordnung preiswert und einfach anzuwenden sein, was ihre Einbeziehung in neue Geräte und den nachträglichen Einbau in viele bereits existierende Geräte erleichtern würde.

Zusammenfassung der Erfindung

Dieses Bedürfnis wird erfüllt durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher ein Gerät, welches einen fokussierten Strahl einer Strahlung verwendet, in der dargestellten Ausführungsform Licht, um eine oder mehrere Eigenschaften einer sich bewegenden Lage oder einer Bahn eines Materials zu messen, während es hergestellt wird. Das Gerät ist auf einer ersten Seite der Bahn angeordnet, und eine Bezugsfläche, wie z. B. eine Stützplatte oder Stützfliese bzw. -kachel im Falle der Farbmessung einer Papierbahn, wird auf der zweiten Seite der Bahn angeordnet. Die Papierbahn wird unter einem festen Abstand von der Bezugsfläche gehalten, so daß Veränderungen des Abstandes des Gerätes von der Bezugsfläche sich auf den Fokus des Strahles auf der Bahn oder der Lage auswirken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Gerät gegenüber von einer Bezugsfläche angeordnet, und beide werden in einer Abtastbewegung über die Bahn des Bogen- bzw. Bahnmaterials mit Hilfe eines konventionellen Abtastrahmens hinwegbewegt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Bezugsfläche eine von einer Mehrzahl von Stützkacheln, die auf einem Karussell gehaltert sind, welches für die Kachelauswahl gedreht werden kann. Für anfängliche und periodisch wiederholte Eich- und Standardisierungsvorgänge wird das Gerät in eine Position weg von der Bahn bewegt.

In der Position weg von der Bahn wird eine erste Fläche, die eine der Stützkacheln bzw. -fliesen aufweist, die von dem Karussell getragen werden, in eine Position gegenüber von dem Gerät bewegt und zwar in die "nominelle" bzw. Sollposition des Bahnverlaufes bzw. der Bahn. Das Gerät mißt die erste Fläche. Eine zweite Fläche, welche eine andere der Stützkacheln aufweist, welche von dem Karussell getragen werden, wird in eine Position gegenüber von dem Gerät bewegt, jedoch weiter beabstandet von dem Gerät oder näher heran als die erste Fläche, und zwar um einen definierten Abstand. Das Gerät mißt dann die zweite Fläche.

Der Unterschied zwischen den auf den ersten und zweiten Flächen durchgeführten Messungen wird benutzt, um den Abstand des Gerätes von der Materialbahn zu berechnen. Der berechnete Abstand des Gerätes von der Materialbahn wird dann benutzt, um einen Betriebspunkt auf einer Ansprechkurve des Gerätes zu bestimmen, und das Gerät wird entsprechend der Position auf der Kurve geeicht. Ein Polynom zweiter oder dritter Ordnung wird an die Ansprechkurve des Gerätes angepaßt. Das ausgewählte Polynom wird am Betriebspunkt der Kurve differenziert, um die Änderungsrate der Meßeigenschaft des Gerätes an dem Betriebspunkt zu bestimmen.

Um Abweichungen oder Veränderungen in dem Spalt des Gerätes oder dem Abstand des Gerätes von dem Bahnverlauf oder der Materialbahn zu kompensieren, werden Spaltveränderungen und die bestimmte Änderungsrate der Meßeigenschaften verwendet, um an den von dem Gerät ausgeführten Messungen eine Kompensation vorzunehmen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Betreiben eines Gerätes unter Verwendung eines fokussierten Strahles zur Messung zumindest einer Eigenschaft einer Materialbahn, welche erste und zweite Seiten hat, die Schritte auf: Anordnen des Gerätes auf einer ersten Seite einer Materialbahn, Anordnen einer Bezugsfläche auf einer zweiten Seite der Materialbahn, wobei die Bezugsfläche von dem Gerät beabstandet ist, um dazwischen einen Spalt für die Aufnahme der Materialbahn zu definieren, Aufrechterhalten eines im wesentlichen festen Abstandes zwischen der Materialbahn und der Bezugsfläche, Bestimmen des Abstandes von dem Gerät zu der Materialbahn, Kalibrieren des Gerätes auf der Basis des Abstandes von dem Gerät zu der Materialbahn, Auswählen einer Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes entsprechend dem Abstand von dem Gerät zu der Materialbahn, Messen der Veränderungen des Spaltes zwischen dem Gerät und der Bezugsfläche, und Verwenden der gemessenen Veränderungen des Spaltes und der gewählten Änderungsrate der Meßeigen schaften, um relative Ablenkungen zwischen dem Gerät und der Bezugsfläche zu kompensieren.

In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist der Schritt des Aufrechterhaltens eines im wesentlichen festen Abstandes zwischen der Materialbahn und der Bezugsfläche den Schritt auf, daß ein Niederhaltergerät nach dem Bernoulli-Effekt betrieben bzw. verwendet wird, welches der Bezugsfläche zugeordnet ist. Das Verfahren kann weiterhin den Schritt aufweisen, daß die Schritte des Bestimmens des Abstandes von dem Gerät zu der Materialbahn und der Kalibrierung des Gerätes durch Auswahl einer Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes ent sprechend dem Abstand von dem Gerät zu der Materialbahn periodisch ausgeführt werden, um das Gerät in geeichtem bzw. kalibriertem Zustand zu halten. Derzeit bevorzugte Perioden bzw. Zeitabstände liegen im Bereich von etwa einer halben Stunde bis zwei Stunden.

Der Schritt des Bestimmens des Abstandes des Gerätes zu der Materialbahn bzw. dem Materialbogen kann die Schritte aufweisen: Wegnehmen des Gerätes von der Bahn, mit dem Gerät Messen einer Eigenschaft einer ersten Oberfläche, welche in ihrer Position im wesentlichen der Materialbahn entspricht, mit dem Gerät Messen der Eigenschaft einer zweiten Oberfläche, die um einen definierten Abstand von der ersten Oberfläche beabstandet ist, und Benutzen des Unterschiedes zwischen den gemessenen Eigenschaften der ersten und zweiten Flächen, um den Abstand von dem Gerät zu der Materialbahn zu berechnen.

Der Schritt des Kalibrierens bzw. Eichens des Gerätes auf der Basis des Abstandes von dem Gerät zu der Materialbahn weist vorzugsweise die Schritte auf: Anpassen einer Kurve an die Meßeigenschaften des Gerätes, Bestimmen des Ansprechens des Gerätes im Betrieb an die Kurve auf der Basis des bestimmten Abstandes von dem Gerät zu der Materialbahn und Bezwingen, daß das Gerät entsprechend der Kurve und dem Abstand korrekt liest.

Der Schritt des Erzwingens des korrekten Ablesens bzw. Erfassens der Kurve und des Abstandes kann die Schritte aufweisen: Auswählen einer ersten Fläche, von der eine Messung auf dem Gerät bekannt ist und Kalibrieren des Gerätes, so daß korrekt abgelesen bzw. erfaßt wird, wenn das Gerät die erste Fläche mißt.

Der Schritt des Auswählens einer Änderungsrate von Meßeigenschaften des Gerätes entsprechend dem Abstand von dem Gerät zu der Materialbahn weist vorzugsweise die Schritte auf: Bestimmen eines Betriebspunktes des Gerätes auf der Kurve, auf der Basis des bestimmten Abstandes zwischen dem Gerät und der Materialbahn und Bilden der Ableitung der Kurve an dem Betriebspunkt des Gerätes.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Schritt des Bestimmens des Abstandes von dem Gerät zu der Materialbahn die Schritte auf: Wegnehmen des Gerätes von der Bahn, mit dem Gerät Messen einer Eigenschaft einer bewegbaren Fläche, die in einer ersten Position angeordnet ist, welche im wesentlichen der Materialbahn entspricht, Verschieben der bewegbaren Fläche in eine zweite Position, die um einen definierten Abstand von der ersten Position beabstandet ist, mit dem Gerät Messen der Eigenschaft der bewegbaren Fläche in der zweiten Position und Verwenden des Unterschiedes zwischen der Eigenschaft der in der ersten und zweiten Position gemessenen, bewegbaren Fläche, um den Abstand des Gerätes zu der Materialbahn zu berechnen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Gerätes unter Verwendung eines fokussierten Strahles, um zumindest eine Eigenschaft einer Materialbahn zu messen, welche erste und zweite Seiten hat, die folgenden Schritte auf: Anordnen des Gerätes auf einer ersten Seite einer Materialbahn, Anordnen einer Bezugsfläche auf einer zweiten Seite der Materialbahn, wobei die Bezugsfläche von dem Gerät beabstandet ist, um dazwischen einen Spalt für die Aufnahme der Materialbahn zu definieren, Wegnehmen des Gerätes von der Bahn, mit dem Gerät Messen einer Eigenschaft einer ersten Oberfläche, die in ihrer Position im wesentlichen der Materialbahn entspricht, mit dem Gerät Messen der Eigenschaft einer zweiten Fläche, die um einen definierten Abstand von der ersten Oberfläche beabstandet ist, Verwenden des Unterschiedes zwischen den gemessenen Eigenschaften der ersten und zweiten Flächen, um den Abstand von dem Gerät zu der Materialbahn zu berechnen und Kalibrieren des Gerätes auf der Basis des berechneten Abstandes zwischen dem Gerät und der Materialbahn.

Hinsichtlich dieses Aspektes der Erfindung kann das Verfahren weiterhin die Schritte aufweisen: Aufrechterhalten eines im wesentlichen festen Abstandes zwischen der Materialbahn und der Bezugsfläche, Auswählen einer Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes entsprechend dem Abstand von dem Gerät zu der Materialbahn, Messen der Veränderungen des Spaltes zwischen dem Gerät und der Bezugsfläche und Verwenden der gemessenen Änderungen des Spaltes und der gewählten Änderungsrate der Meßeigenschaften, um relative Ablenkungen oder Wölbungen zwischen dem Gerät und der Bezugsfläche zu kompensieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Gerät, welches einen fokussierten Strahl verwendet, um zumindest eine Eigenschaft einer Materialbahn zu messen, die erste und zweite Seiten hat, ein optisches Instrument auf, welches auf einer ersten Seite einer Materialbahn angeordnet ist, um einen fokussierten Strahl einer Strahlung auf die erste Seite der Materialbahn abzugeben, von der ersten Seite der Materialbahn reflektiertes Licht zu empfangen, um eine Eigenschaft derselben zu Messen und Erzeugen von Signalen, die das empfangene Licht und damit die zu messenden Eigenschaften repräsentieren. Eine Unterstützungseinrichtung ist auf einer zweiten Seite der Materialbahn angeordnet, um wahlweise eine Bezugsfläche in zwei Positionen auf der zweiten Seite der Bahn anzuordnen, wobei die beiden Positionen um zwei wohl definierte Abstände von dem optischen Gerät beabstandet sind. Die Stützeinrichtung weist eine Niederhaltereinrichtung auf, um einen im wesentlichen festen Abstand zwischen derselben und der Materialbahn aufrechtzuerhalten. Eine Steuereinrichtung ist für den Empfang von Signalen vorgesehen, die von dem optischen Gerät unter Ansprechen auf die Bezugsfläche in den beiden Positionen erzeugt wurden, und für die Kalibrierung des Gerätes unter Ansprechen hierauf.

Die Vorrichtung weist vorzugsweise weiterhin eine Spaltmeßeinrichtung auf, um Veränderungen des Abstandes von dem optischen Gerät zu der Stützeinrichtung zu Messen. In diesem Fall dient die Steuereinrichtung weiterhin dazu, die Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes bei der Kalibrierung zu bestimmen und die Veränderungen des Abstandes von dem optischen Gerät der Stützeinrichtung um Signalfehler aufgrund der Veränderungen des Abstandes von dem optischen Gerät zu der Stützeinrichtung zu kompensieren.

In der dargestellten Ausführungsform weist die Stützeinrichtung ein Karussell für das wahlweise bzw. gezielte Anordnen von zwei aus einer Mehrzahl von Stützkacheln auf, um die Bezugsfläche in den beiden Positionen zu definieren. Die Stützeinrichtung dient weiterhin dazu, eine aus einer Mehrzahl von Stützkacheln so anzuordnen, daß sie eine Bezugsfläche für den Betrieb des Gerätes beim Messen der zumindest einen Eigenschaft der Bahn definiert. Darüber hinaus weist die Niederhaltereinrichtung eine Bernoulli-Effekt-Niederhaltereinrichtung auf.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Gerätes bereitzustellen, welches einen fokussierten Strahl einer Strahlung verwendet, um eine oder mehrere Eigenschaften einer Materialbahn mißt, während die Bahn hergestellt bzw. bearbeitet wird, weiterhin ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Gerätes bereitzustellen, welches einen fokussierten Strahl einer Strahlung verwendet, um eine oder mehrere Eigenschaften einer Materialbahn zu messen, während die Materialbahn hergestellt wird, und zwar mit Hilfe von Messungen außerhalb der Bahn, die mit dem Gerät auf zwei Flächen vorgenommen werden, welche um einen definierten Abstand voneinander entfernt sind, wobei eine der Flächen im wesentlichen in derselben Position angeordnet ist, wie der Bahnverlauf, und, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Eichen eines Gerätes bereitzustellen, welche einen fokussierten Strahl einer Strahlung verwenden, um Eigenschaften einer Materialbahn zu messen, während die Bahn hergestellt wird, wobei eine Ansprechkurve des Gerätes festgelegt und angenähert wird durch ein Polynom zweiter oder dritter Ordnung, welches für die Kalibrierung des Gerätes verwendet und an einem Betriebspunkt des Gerätes differenziert wird, um Fehler zu kompensieren, die ansonsten aufgrund von Veränderungen in dem Aufnahmespalt des Gerätes für den Bahnverlauf vorhanden wären.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung, der zugehörigen Zeichnungen und der anhängenden Ansprüche deutlich werden.

Kurzbeschreibung der Erfindung (Figuren)

Fig. 1 ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines Abtastsystems, auf welches die vorliegende Erfindung anwendbar ist;

Fig. 2 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte, schematische Seitenansicht eines Bahn abtastgerätes gemäß Fig. 1, welches gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann;

Fig. 3 ist eine ebene Draufsicht auf ein sich drehendes Kachelkarussell für das Abtastsystem gemäß Fig. 1;

Fig. 4 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Kachelhalters des Karussells gemäß Fig. 3;

Fig. 5 ist eine Ansicht von unten auf den Kachelhalter nach Fig. 4 und

Fig. 6 ist eine Ansprechkurve für ein Gerät unter Verwendung eines fokussierten Licht strahles, um Farbmessungen einer Papierbahn durchzuführen.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Während die vorliegende Erfindung generell anwendbar ist für die Kompensation von Ab weichungen zwischen (einer Bahn und) einem Gerät, welches einen fokussierten Strahl einer Strahlung verwendet, um die Eigenschaften von Materialbahnen zu messen, während diese hergestellt werden, so wird sie dennoch hier mit Bezug auf die Farbmessung von Papierbahnen beschrieben, wofür sie zunächst angewendet wurde. Es versteht sich, daß diese Beschreibung in keiner Weise den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einschränkt, wie er durch die Ansprüche im Anschluß an die Beschreibung dargelegt ist.

Eine teilweise weggebrochen dargestellte, perspektivische Ansicht eines Bahnabtastsystems 100, für welches die vorliegende Erfindung anwendbar ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Scanner bzw. Abtaster 102 wird entlang eines Halterungsrahmens bewegt, welcher zwei Stützträger 104 aufweist, von denen einer oberhalb einer Materialbahn 106, die abgetastet werden soll, und einer unterhalb der Bahn 106 angeordnet ist. Der Scanner bzw. Abtaster 102 weist erste und zweite Teile oder Köpfe 108, 110 auf, die entlang der Träger 104 vor- und zurückbewegt werden, um die Bahn 106 in Querrichtung oder quer zu ihrer Bewegungsrichtung während der Herstellung abzutasten. Die Materialbahn 106, in diesem Falle ein Papier, wird in der Maschinen- bzw. x- Richtung bewegt, wie durch die x-Achse des in Fig. 1 dargestellten Koordinatensystems angezeigt wird, und die Querrichtung ist die y-Richtung. Ein Spalt 112 wird zwischen den ersten und zweiten Köpfen 108, 110 gebildet, wobei die abzutastende Materialbahn 106 für den Abtastvorgang durch den Spalt 112 hindurchläuft.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist der erste Kopf 108 ein optisches Gerät 114 auf, welches einen fokussierten Strahl einer Strahlung oder aus Licht in Richtung der Bahn 106 aussendet und reflektiertes Licht von der Bahn 106 empfängt, um die Farbe der Bahn 106 zu bestimmen. Das Gerät 114 ist ähnlich einem Farbprüfgerät (Color Checker 545), welches kommerziell bei Macbeth, einer Abteilung der Koll Morgen Corp., erhältlich ist, jedoch ist das Gerät für den Abtastvorgang modifiziert worden, wie für die Fachleute offensichtlich sein dürfte.

Das Gerät 114 erzeugt Signale, die dem empfangenen Licht entsprechen, wobei die Signale zu einem Steuerschaltkreis 115 auf der Seite des Gerätes geleitet werden, welcher die Signale entsprechend der vorliegenden Erfindung verarbeitet, wie im folgenden beschrieben wird. Für die von dem Gerät 114 durchgeführte Farbmessung wird die Papierbahn von einer Kachel oder Fliese 116 unterstützt, so daß das Licht auch von der Kachel 116 auf das Gerät 114 reflektiert werden kann. Die Kachel 116 wird auf einem Karussell 118 gehaltert, so daß eine Anzahl von Kacheln gegenüber von dem Gerät 114 angeordnet werden können. Das Karussell 118 weist einen Kachelstützring 120 auf, der in Fig. 1 weggebrochen ist und in einer ebenen Draufsicht vom Boden des Karussells 118 in Fig. 3 dargestellt ist. Der Kachelstützring 120 ist an einer Welle 122 befestigt, die in Lagern 124 drehbar montiert ist und durch einen Motor 126 gedreht wird.

In der dargestellten Ausführungsform sind sechs Kacheln 116a-116f innerhalb des Stützringes 120 montiert. Jede der Kacheln 116a-116f ist ihrerseits in einem Kachelhalter 128 montiert, der am besten in Fig. 4 dargestellt ist. Wie in Fig. 4 gezeigt wird, ist die Kachel 116 in einer Aussparung 130 in einem unteren Ende oder Kopf 132 einer mehrfach abgestuften Kachelhalte stange 134 montiert. Der Kopf 132 der Kachelhaltestange 134 verjüngt sich auf einen Gewindeabschnitt 136, der in Schraubeingriff mit einem Kragen oder Mantel 138 steht. Der Kragen 138 liegt an einem Befestigungsrahmen 140 an, welcher den Kachelhalter 128 an dem Haltering 120 befestigt. Der Kragen 138 nimmt außerdem eine Halteschraube bzw. Maden schraube 141 auf, um die Kachelhaltestange 134 relativ zu dem Kragen 138 in einer ausgewählten Position zu sichern.

Die Gewindemontage der Kachelhaltestange 134 erlaubt es, daß die Position der Kachel 116 relativ zu einer Positionierschulter 142 an dem Kragen 138 exakt eingestellt wird. Eine Federhaltekappe 144 ist an dem verjüngten Ende der Kachelhaltestange 134 mit einer Schraube 146 befestigt. Eine Druckfeder 148 wird zwischen der Kappe 144 und dem Befestigungsrahmen 140 zusammengedrückt, um normalerweise die Kachelhaltestange 134 und den Kragen 138 in die in den Fig. 2 und 4 dargestellte Position zurückzuziehen. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist das Karussell 118 einen Streckmechanismus auf, der in der dargestellten Ausführungsform die Form eines Pneumatikzylinders 150 hat. Es versteht sich, daß der Streckmechanismus einen Hydraulikzylinder, eine Spule oder eine andere Betätigungseinrichtung aufweisen kann, je nachdem wie es für eine gegebene Anwendung zweckmäßig erscheint.

Wie in Fig. 2 dargestellt, hat die Positionierschulter 142 einen Sitz in einer abgestuften Öffnung 152 innerhalb einer Kachelpositionierstirnplatte 154. Die Stirnplatte 154 weist einen ringförmigen Raum 156 mit Öffnungskanälen und Löchern 157 auf, die sich von dem Raum 156 aus erstrecken, so daß sie die Öffnung 152 umgeben. Wenn Druckluft in den Raum 156 gegeben wird, wird ein Bernoulli-Effekt zum Niederhalten aktiviert, um die Bahn 106 in einem festen Abstand von der Stirnplatte 154 zu halten. Druckluft wird auch über eine Kammer 158 neben dem Gerät 114 bereitgestellt, um einen Reinigungsluftstrom und ein Luftkissen über der Vorderseite des Gerätes 114 bereitzustellen. Dieser Luftstrom verhindert im wesentlichen den Kontakt der Bahn mit dem Gerät 114 oder dem Kopf 108 und vermindert die Möglichkeit, daß Schmutz von der Bahn sich darauf niederschlägt und ansammelt.

Während die relative Anordnung der Köpfe 108, 110 durch die Halteträger 104 des Stützrahmens gemäß Fig. 1 in engen Grenzen aufrechterhalten wird, so treten dennoch Änderungen, insbesondere in der z-Richtung oder dem Spalt 112 auf. Diese Spaltänderungen oder Ablenkungen werden durch einen Spaltsensor gemessen, der einen Ferritnapf 160 aufweist, welcher in einer Stirnplatte 108a des Kopfes 108 montiert ist, sowie einen Ferritnapf 162 aufweist, der in der Stirnplatte 110a des Kopfes 110 montiert ist, wie in Fig. 2 dargestellt.

Eine Wicklung 164 ist in dem Napf 162 durch ein Epoxid oder sonstwie befestigt und mit einer Spalterfassungselektronik verbunden, die in einem Steuerschaltkreis 166 auf der Kachelseite enthalten ist. Die Spalterfassungselektronik weist vorzugsweise einen Oszillatorschaltkreis auf, wobei die Wicklung 164 das induktive Element des Oszillatorschaltkreises bildet. Die Schwing frequenz des Oszillatorschaltkreises hängt von der Induktivität ab, die durch die Wicklung 164 festgelegt wird und welche eine Funktion des Spaltes 112 zwischen dem Napf 162 und dem Napf 160 ist. Es sollte klar sein, daß Änderungen des Spaltes 112 zwischen dem Napf 164 und dem Napf 160 dieselben sind wie Änderungen des Spaltes zwischen der Kachel 116 und dem Gerät 114. Wegen zusätzlicher Informationen bezüglich des Spaltmeßgerätes wird auf die US- Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 07/841,366 Bezug genommen, welche auf denselben Anmelder wie die vorliegende Anmeldung überschrieben ist und die bereits erteilt und für die die Erteilungsgebühr bezahlt ist und die hier durch die Bezugnahme aufgenommen wird.

Die vorliegende Erfindung sieht die Verwendung von relativen Abstandsmessungen vor, die durch die gerade vorstehend beschriebene Spaltmeßvorrichtung gemacht wurden, anstelle von absoluten Abstandsmessungen, um eine Kompensation für Abweichungen in z-Richtung des Systems 100 gemäß Fig. 1 durchzuführen. Die Erfindung beseitigt damit die Probleme, die mit der genauen Bestimmung der absoluten Abstandsmessung zwischen dem Gerät 114 und der Bahn 106 zusammenhängen. Bei der Verwirklichung der Erfindung werden zwei der Kacheln 116 oder Proben verwendet, um den Bahnverlauf oder die Bahn 106 in einer Standardposition außerhalb der Bahn zu simulieren. Die beiden Kacheln 116 haben zwischeneinander einen exakt eingestellten vertikalen Abstand. Beispielsweise kann eine Kachel um 1 mm von dem Gerät 114 weiter entfernt sein als die andere. Alternativ kann eine einzelne Kachel auf einer Betätigungseinrichtung angeordnet sein, welche bewirkt, daß sich die Kachel zwischen zwei Positionen bewegt, die durch einen exakt eingestellten Abstand voneinander getrennt sind.

Fehler bei den Anzeigen, die durch das Gerät 114 aufgrund einer nicht passenden Fokussierung erzeugt werden, werden deutlich in der typischen, nahezu parabolischen Ansprechkurve des Gerätes, wie sie in der normalisierten Kurve 168 gemäß Fig. 6 für das Farbmeßgerät 114 dargestellt ist. Eine Ansprechkurve kann durch ein Polynom zweiter Ordnung Y = az² + bz + c oder ein Polynom dritter Ordnung Y = az³ + bz² + cz + d gekennzeichnet werden. Die Form der Ansprechkurve, beispielsweise der in Fig. 6 dargestellten Ansprechkurve 168, verändert sich im Laufe der Zeit nicht, da die Fokussierfehler von festliegenden optischen Eigenschaften abhängig sind, wie z. B. der Fokuslänge und dergleichen, welche sich im Laufe der Zeit nicht ändern.

Der Abstand zwischen dem Gerät 114 und dem Bahnverlauf kann unter Verwendung des Gerätes 114 berechnet werden, indem das Gerät 114 verwendet wird, um Messungen der Kacheleigen schaften bei zwei verschiedenen Abständen von dem Gerät 114 aufzunehmen. Zwei Kacheln bei unterschiedlichen Abständen oder eine Kachel, die zwischen zwei Positionen bewegt wird, welche voneinander getrennt sind, können verwendet werden, wobei eine der Kacheln oder Kachelpositionen im wesentlichen die Position des Bahnverlaufes ist, während der Scanner bzw. das Abtastgerät 102 auf einer Seite desselben oder weg von der Bahn angeordnet ist.

Der berechnete Abstand zwischen dem Gerät 114 und dem Bahnverlauf wird dann benutzt, um den Betriebspunkt der Ansprechkurve 168 gemäß Fig. 6 zu bestimmen. Indem die Ableitung der Ansprechkurve 168 an diesem Punkt genommen wird, wird die Änderungsrate des Ansprechens des Gerätes für kleine zusätzliche Veränderungen im vertikalen Abstand in diesem Punkt bestimmt. Der Abstand von dem Gerät 114 zu dem Bahnverlauf, der entsprechende Punkte auf der Ansprechkurve 168 und die Änderungsrate für diesen Punkt auf der Ansprechkurve 168 werden in periodischen Abständen von Kalibrier-Standardisierungen des Gerätes bestimmt, die näherungsweise alle halbe Stunde bis alle zwei Stunden stattfinden sollten, je nach Stabilität des Gerätes 114 und der Eigenschaften der Umgebung des überwachten Vorganges bzw. Bahnverlaufes.

Wenn die Köpfe 108, 110 sich auf der Bahn befinden, mißt die oben beschriebene Spaltmeßvor richtung genau die kleinen Spaltänderungen des Spaltes, die auch vorhanden waren, wenn die Messungen ohne die Bahn durchgeführt wurden. Unter Verwendung der Änderungsrate der Ansprechkurve des Gerätes, die unter Verwendung der ersten Ableitung des an die An sprechkurve angepaßten Polynoms berechnet wird, wird die Änderung des Ansprechens des Gerätes gegenüber der Spaltänderung bestimmt. Auf diese Weise wird eine Korrektur festgelegt, um Fehler in der Geräteablesung aufgrund einer ungeeigneten bzw. ungenauen Fokussierung korrigiert, allein auf Basis der Messung von Spaltabweichungen oder Änderungen des Spaltes, die zu dem Zeitpunkt vorhanden waren, als das System 100 standardisiert wurde.

Wenn das Gerät zu Anfang eingestellt und kalibriert wird, beispielsweise in der Fabrik vor seiner Auslieferung, wird ein Satz von Polynomkoeffizienten a, b, c oder a, b, c, d bestimmt, um eine Anpassung an eine Ansprechkurve vorzunehmen, welche dem Ansprechen Y des Gerätes über dem bzw. in Abhängigkeit von dem vertikalen Abstand z entspricht.

In der folgenden Beschreibung werden die Messungen Y, die von dem Gerät 114 vorgenommen wurden, als Bruchteil des Spitzenwertes Yp beschrieben oder in normalisierter Form Y/Yp. Der Spitzenwert ist derjenige Wert, der gemessen wird, wenn der Bahnverlauf exakt entlang der erwarteten Verlaufslinie angeordnet ist, in Fig. 6 3,5 mm. Die Ansprecheigenschaften werden modellhaft wiedergegeben oder mit einer Kurve angepaßt unter Verwendung der folgenden Gleichung:

Y/Yp = az³ + bz² + cz + d (a)

Wenn das System periodisch standardisiert wird, wird eine Kachel in zwei vertikalen Positionen gemessen mit einem bekannten vertikalen Abstand zwischen diesen Positionen und damit einem bekannten Abstandsunterschied von dem Gerät 114. Wenn die beiden Kacheln, die einen zuvor eingestellten Abstand voneinander haben, verwendet werden, werden sie zu zwei verschiedenen Zeiten in dem Meßstrahl des Gerätes 114 angeordnet. Eine Betriebsweise mit zwei Kacheln ist in der dargestellten Ausführungsform mit zwei der Kacheln 116 vorgesehen, wobei die beiden Kacheln mit Hilfe der oben beschriebenen Gewinde angeordnet und durch Betätigung des Karussells 118 ausgewählt werden.

In Fig. 6 ist das Ansprechen des Gerätes Y/Yp. Eine erste oder Standardisierungskachel ist im wesentlichen in der Meßebene der Bahn angeordnet, d. h. sie ist so angeordnet, daß sie sich im wesentlichen in einer Linie mit dem Bahnverlauf der "nominellen" Verlaufsebene (Sollver laufsebene) in einer Position befindet, die mit Z1, Y1 bezeichnet ist. Die nominelle Verlaufsebene entspricht einem Bandverlauf mit einer Dicke von etwa 10 mil (Millizoll). Für Bahnverläufe mit einer unterschiedlichen nominellen bzw. Objektdicke kann die Position der ersten Kachel verändert werden oder noch einfacher, eine Variable δBahnverlauf kann in der Gleichung hinzuaddiert werden, die benutzt wird, um das korrekte, differenzielle Ansprechen des Gerätes in der Bahnverlaufsebene zu berechnen. Auf jeden Fall entspricht die Ablösung Y1/Yp der Messung, die das Gerät 114 macht, wenn die Standard- oder erste Kachel gegenüber von dem Gerät 114 positioniert wird und die Ablesung bzw. Messung ist gegeben durch die folgende Gleichung:

Y1/Yp = az³ + bz² + cz + d (1)

Als nächstes wird eine Ablesung bzw. Messung Y2/Yp vorgenommen mit einer zweiten oder Autofokuskachel, die um einen bekannten Abstand δz weiter von (oder näher an) dem Gerät 114 verschoben ist als die erste Kachel. Wenn die Gleichung (1) das Ansprechen des Gerätes 114 für die erste Kachel bei Z1 beschreibt, dann beschreibt die Gleichung (2) das Ansprechen des Gerätes 114 für die bei Z2 positionierte zweite Kachel und lautet:

Y2/Yp = (a*(z+δz)³ + b*(z+δz)² + c*(z+δz) + d) (2)

Eine Abweichung, in der dargestellten Ausführungsform eine vertikale Abweichung, verursacht einen multiplikativen Fehler im Ansprechen Y des Gerätes 114. Wenn Y = 0, so wird kein Signal erfaßt und dann hat die Abweichung keine Wirkung. Ein multiplikativer Korrekturfaktor, cf, kann aus Y1 abgeleitet werden, und zwar während der periodischen Kalibrierung-Standardisierung außerhalb oder ohne die Bahn, wodurch eine Übereinstimmung mit dem erwarteten Spitzenwert, Yp, hergestellt wird, auch wenn der Bahnverlauf nicht an der Verlaufslinie angeordnet ist, wo die Spitzenmessung auftreten würde:

Yp=Y1*cf und cf=Yp/Y1

Unter Anwendung des Korrekturfaktors cf auf Y1 und Y2:

δY = cf*(Y1-Y2) und δY/Yp =(Y1-Y2/Y1

Dementsprechend muß nur die Bruchteilsdifferenz zwischen den von dem Gerät 114 vor genommenen Messungen berechnet werden, unabhängig von dem Korrekturfaktor cf, um δY/Yp exakt zu beschreiben.

Aus den Gleichungen (1) und (2) folgt:

-δY/Yp = (a*(z+δz)³ + b*(z+δz)² + c*(z+δz) + d) - (Y1/Yp)

Auflösen nach z:

z = (-B±SQRT(B² - 4*A*C))/(2+A) (3)

wobei
A = 3*δz*a
B = (3*δz²*a) + (2*δz*b)
C = (δz*a) = (δz²*b) + (δz*c) + (δY/Yp)

Es versteht sich, daß nur eine Wurzel in einen vorbestimmten Bereich von z fällt, welcher dem Abstand des Gerätes 114 von der Bahn 106 entspricht. In den meisten Fällen ist anzunehmen, daß die positive Wurzel verwendet wird, wenn der Abstand zwischen den beiden Kacheln, der für die Kalibrierung-Standardisierung in der Position außerhalb der Bahn verwendet wird, negativ ist, d. h. wenn die zweite Kachel oder Autofokuskachel näher an dem Gerät 114 ist als die erste Kachel oder Standardisierungskachel, und es wird die negative Wurzel verwendet, wenn der Abstand zwischen den beiden Kacheln, der für die Standardisierung verwendet wird, positiv ist, d. h. wenn die zweite Kachel von dem Gerät 114 weiter entfernt ist als die erste Kachel.

Wie bereits erwähnt, wird, wenn die Dicke der Bahn bzw. des Bahnverlaufes sich beträchtlich von einer nominellen Dicke unterscheidet, beispielsweise um ±2 mil ausgehend von einer nominellen 10 mil Dicke, der unter Verwendung der Gleichung (3) berechnete Wert von z vor der Kalibrierung und Berechnung des differenziellen Geräteansprechens für die neue Bahnverlaufsdicke modifiziert. Das heißt, der berechnete Abstand des Gerätes von der Bahn bzw. der Lage z wird modifiziert durch die neue Objektdicke der Bahn bzw. im Bahnverlauf, z = a + (10 - δBahnverlauf).

Wenn ein Polynom zweiter Ordnung, Y = az² + bz + c für die Charakterisierung des Ansprechens des Gerätes 114 verwendet wird, dann gilt:

z=A*δY/Yp+B (4)

wobei
A=-1/(2*a+δz)
B = (b + a*δz)/(-2*a)

Ein Korrekturfaktor, AF, wird verwendet, um die folgenden Online-Messungen zu korrigieren. AF ist die Ableitung von Gleichung (a) und definiert die Änderungsrate von Y/Yp beim Abstand z, berechnet unter Verwendung der Gleichung (3).

AF = (dY/Y)/dz (5)

AF = (3*a*z²) + (2*b*z) + c (6)

AF = Korrekturfaktor (Autofokus)
z = berechnet nach (3)
a, b und c sind gegeben
dz = δSpalt, gemessen Online mit dem Spaltmeßgerät, wie oben beschrieben.

Wenn eine Anpassung einer Kurve zweiter Ordnung verwendet wird, um den Fehler aufgrund einer ungenauen Fokussierung des Gerätes 114 auf den Bahnverlauf zu charakterisieren, dann gilt:

AF = (2*a*z + b) (7)

Zwei Beispiele der Berechnung von AF für zwei vertikale Fehlausrichtungen werden jetzt mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben. In Beispiel 1 ist der tatsächliche Spalt um 0,5 mm größer als der angestrebte Spalt und in Beispiel 2 ist der tatsächliche Spalt 0,5 mm kleiner als der angestrebte Spalt. In beiden Beispielen war die Kachelabweichung (dKachel) oder der Abstand zwischen der Standardisierungskachel und der Autofokuskachel 0,508 mm. Der Autofokus- oder der Korrekturfaktor AF wird während des Kalibrierungs-Standardisierungsablaufes ohne die Bahn berechnet.

Für die beiden Beispiele gilt: Die Koeffizienten a, b, c, d wurden bestimmt, um die Ansprechkurve 168 Y/Yp über dem Spalt bzw. der Spaltweite 112 anzupassen; (dKachel) ist der eingestellte oder bekannte Abstand zwischen den beiden Kacheln, die für die Kalibrierung-Standardisierung verwendet werden, nämlich zwischen der Standardisierungskachel und der Autofokuskachel, und die Messung des Prozentunterschiedes der Y-Werte zwischen den beiden Kacheln (bei der Standardisierung), die von dem Gerät 114 gemessen wird:

Das optische Gerät 114 zur Farbmessung gemäß Fig. 1 wird bei einem vertikalen Abstand z standardisiert, der unter Verwendung der Gleichung (3) berechnet wird. Die Werte des Reflexionsvermögens werden zwangsweise auf den korrekten Wert gebracht, wenn sich die Standardisierungskachel in der Position Y1 befindet, im Beispiel 1 3,94 mm. Wenn das Gerät keine weitere vertikale Abweichung erfährt, sind die von dem Gerät 114 ausgeführten Messungen korrekt. In der Realität erwartet man eine gewisse Abweichung in vertikaler Richtung. Die Abweichung in dem Spalt 112 relativ zu der Standardposition ist dz in Gleichung (5) und in Gleichung (8), die unmittelbar hiernach angegeben ist. Der korrigierte Y-Wert für die Online Messung, Yc, wird ausgedrückt durch:

Xy = Y*(1 - AF*dz) (8)

In der Praxis wird (1 - AF*dz) multipliziert mit dem prozentualen Reflexionsvermögen für jede Wellenlänge des optischen Gerätes 114 für die Farbmessung, um Opazitäts-Korrekturalgorithmen und eine direkte Berechnung von Z- und Y-Koordinaten möglich zu machen. Die Multiplikations faktoren für die Werte des Reflexionsvermögens sind den Multiplikationsfaktoren für den Geräteansprechwert Y äquivalent.

Um die Betriebsweise der vorliegenden Erfindung zusammenzufassen, so wird (zunächst) das Gerät 114 von der Bahn genommen bzw. ohne Bahn benutzt. Eine Standardisierungskachel, eine der Kacheln 116, wird durch das Karussell 118 in geeigneter Weise positioniert und durch den pneumatischen Zylinder 150 in eine Position in Ausrichtung mit dem überwachten Bahnverlauf oder der Bahn 106 ausgestreckt. Eine erste Messung wird dann mit dem Gerät 114 vor genommen. Eine Autofokuskachel, eine der Kacheln 116, wird von dem Karussell 118 in geeigneter Weise angeordnet und durch den pneumatischen Zylinder 150 in eine Position ausgestreckt, die von dem Bahnverlauf oder der Bahn 106 beabstandet ist, und zwar entweder näher an dem Gerät 114 oder weiter von diesem weg liegt als die Bahn 106. Dann wird eine zweite Messung mit dem Gerät 114 vorgenommen.

Wie oben beschrieben, wird der Abstand des Gerätes 114 von dem Bahnverlauf bestimmt und das Gerät 114 wird auf der Basis des bestimmten Abstandes und einer Geräteansprechkurve, beispielsweise der Ansprechkurve 168, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, kalibriert. Der Betriebspunkt des Systems auf der Ansprechkurve ist jetzt bestimmt worden und, indem die Ableitung eines Polynoms verwendet wird, welches an die Ansprechkurve angepaßt wurde, wird die Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes 114 beim Betriebspunkt bestimmt.

Das Gerät 114 wird dann für die Messung von Farbeigenschaften der Bahn 106 auf bzw. über einem Bogen bzw. der Bahn angeordnet. Die Spaltmeßvorrichtung, die oben beschrieben wurde, wird in Betrieb gesetzt, um kleine Spaltveränderungen des Spaltes, der vorhanden war, als die Messungen ohne Bahn durchgeführt wurden, genau zu messen. Die kleinen Spaltänderungen zusammen mit der Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes 114 werden verwendet für eine Kompensation der Abweichung des Spaltes 112 und damit der Änderungen im Fokus des fokussierten Strahles auf der Bahn 106.

Nachdem also das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im einzelnen und unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben worden sind, ist es offensichtlich, daß Modifikationen und Veränderungen ohne Abweichungen vom Schutzumfang der Erfindung vorgenommen werden können, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert wird.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Gerätes, welches einen fokussierten Strahl benutzt, um zumindest eine Eigenschaft einer Materialbahn zu messen, welche erste und zweite Seiten hat, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Anordnen des Gerätes auf einer ersten Seite einer Materialbahn,
Anordnen einer Bezugsfläche auf einer zweiten Seite der Materialbahn, wobei die Bezugsfläche von dem Gerät beabstandet ist, um so einen Spalt dazwischen für die Aufnahme der Materialbahn zu definieren,
Aufrechterhalten eines im wesentlichen festen Abstandes zwischen der Materialbahn und der Bezugsfläche,
Bestimmen des Abstandes von dem Gerät zu der Materialbahn,
Kalibrieren des Gerätes auf der Basis des Abstandes zwischen dem Gerät und der Materialbahn,
Auswählen einer Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes entsprechend dem Abstand zwischen dem Gerät und der Materialbahn,
Messung von Veränderungen des Spaltes zwischen dem Gerät und der Bezugsfläche, und
Verwenden der gemessenen Veränderungen des Spaltes und der gewählten Änderungsrate der Meßeigenschaften, um relative Abweichungen zwischen dem Gerät und der Bezugsfläche zu kompensieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Aufrechterhaltens eines im wesentli chen festen Abstandes zwischen der Materialbahn und der Bezugsfläche den Schritt aufweist, daß eine Niederhaltervorrichtung mit Bernoulli-Effekt betrieben wird, die der Bezugsfläche zugeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt aufweist, daß die Schritte des Bestimmens des Abstandes zwischen dem Gerät und dem Bahnmaterial und des Kalibrierens des Gerätes durch Auswählen einer Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes, welche dem Abstand zwischen dem Gerät und der Materialbahn entspricht, periodisch ausgeführt werden, um das Gerät in kalibriertem Zustand zu halten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens des Abstandes zwischen dem Gerät und der Materialbahn die Schritte aufweist:

Wegnehmen des Gerätes von der Bahn,
Messen einer Eigenschaft einer ersten Fläche, die in ihrer Position bezüglich des Gerätes im wesentlichen der Materialbahn entspricht,
Messen der Eigenschaft einer zweiten Fläche, die bezüglich des Gerätes von der ersten Fläche um einen definierten Abstand beabstandet ist, und
Verwenden des Unterschiedes zwischen den gemessenen Eigenschaften der ersten und zweiten Flächen, um den Abstand von dem Gerät zu der Materialbahn zu berechnen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Kalibrierens des Gerätes, welcher auf dem Abstand von dem Gerät zu der Materialbahn beruht, die Schritte aufweist:

Anpassen einer Kurve, welche die Meßeigenschaften des Gerätes über dem Abstand des Gerätes von der Materialbahn definiert,
Bestimmen des Ansprechens des Gerätes im Betrieb auf die Kurve auf der Basis des bestimmten Abstandes des Gerätes von der Materialbahn, und
Erzwingen einer korrekten Anzeige des Gerätes für die Kurve und den Abstand.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Erzwingens der korrekten Anzeige des Gerätes für die Kurve und den Abstand die Schritte aufweist:

Auswählen einer ersten Fläche, um eine bekannte Messung auf dem Gerät zu haben, und
Kalibrieren des Gerätes, so daß es korrekt anzeigt, wenn das Gerät die erste Fläche mißt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Auswählens einer Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes, entsprechend dem Abstand von dem Gerät zu dem Bahnmaterial die Schritte aufweist:

Bestimmen eines Betriebspunktes für das Gerät auf der Kurve auf der Basis des bestimmten Abstandes zwischen dem Gerät und der Materialbahn, und
Hernehmen der Ableitung der Kurve an dem Gerätebetriebspunkt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens des Abstandes von dem Gerät zu der Materialbahn die Schritte aufweist:

Wegnehmen des Gerätes ohne Bahn,
mit dem Gerät Messen einer Eigenschaft einer bewegbaren Fläche, welche in einer ersten Position angeordnet ist, die der Materialbahn im wesentlichen entspricht,
Verschieben der Fläche in eine zweite Position, die um einen vorbestimmten Abstand von der ersten Position beabstandet ist,
mit dem Gerät Messen der Eigenschaft der bewegbaren Fläche, welche in der zweiten Position angeordnet ist, und
Verwenden des Unterschiedes zwischen den gemessenen Eigenschaften der bewegbaren Fläche, welche in der ersten bzw. zweiten Position gemessen worden ist, um den Abstand zwischen der Materialbahn und dem Gerät zu berechnen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt der Kalibrierung des Gerätes auf der Basis des Abstandes von dem Gerät zu der Materialbahn die Schritte aufweist:

Anpassen einer Kurve, welche die Meßeigenschaften des Gerätes über dem Abstand des Gerätes von der Materialbahn definiert,
Bestimmen des Ansprechens des Gerätes im Betrieb auf die Kurve auf der Basis des bestimmten Abstandes des Gerätes zu der Materialbahn, und
Erzwingen, daß das Gerät eine korrekte Anzeige bzw. Messung für die Kurve und den bestimmten Abstand ergibt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Erzwingens der genauen Anzeige bzw. Messung des Gerätes für die Kurve und den bestimmten Abstand aufweist:

Auswählen der ersten Fläche, so daß sie einen bekannten Abstand von dem Gerät hat, und
Kalibrieren des Gerätes, so daß es eine korrekte Anzeige bzw. Messung zeigt, wenn das Gerät die erste Fläche mißt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Auswählens einer Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes, welche dem Abstand des Gerätes von der Materialbahn entspricht, die Schritte aufweist:

Bestimmen der Betriebspunkte des Gerätes auf der Kurve auf der Basis des bestimmten Abstandes von dem Gerät zu der Materialbahn, und
Bilden der Ableitung der Kurve an dem Betriebspunkt des Gerätes.

12. Verfahren zum Betreiben eines Gerätes, welches einen fokussierten Strahl benutzt, um zumindest eine Eigenschaft einer Materialbahn zu messen, welche erste und zweite Seiten hat, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Anordnen des Gerätes auf einer ersten Seite einer Materialbahn,
Anordnen einer Bezugsfläche auf einer zweiten Seite der Materialbahn, wobei die Bezugsfläche von dem Gerät beabstandet ist, um so zwischen diesen einen Spalt für die Aufnahme der Materialbahn zu definieren,
Wegnehmen des Gerätes von der Bahn,
mit dem Gerät Messen einer Eigenschaft einer ersten Fläche, welche in ihrer Position der Materialbahn entspricht,
Messen der Eigenschaften einer zweiten Fläche, welche um einen vorbestimmten Abstand von der ersten Fläche entfernt ist,
Verwenden des Unterschiedes zwischen den gemessenen Eigenschaften der ersten und zweiten Fläche, um den Abstand zwischen dem Gerät und der Materialbahn zu berechnen, und
Kalibrieren des Gerätes auf der Basis des berechneten Abstandes von dem Gerät zu der Materialbahn.

13. Verfahren nach Anspruch 12, welches weiterhin die Schritte aufweist:

Aufrechterhalten eines im wesentlichen festen Abstandes zwischen der Materialbahn und der Bezugsfläche,
Auswählen einer Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes, entsprechend dem Abstand von dem Gerät zu der Materialbahn,
Messen von Variationen in dem Spalt zwischen dem Gerät und der Bezugsfläche, und
Verwenden der gemessenen Veränderungen des Spaltes und der ausgewählten Änderungsrate der Meßeigenschaften, um bezüglich relativer Abweichungen zwischen dem Gerät und der Bezugsfläche eine Kompensation vorzusehen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Aufrechterhaltens eines im wesentlichen festen Abstandes zwischen der Materialbahn und der Bezugsfläche den Schritt aufweist, daß eine Niederhaltereinrichtung mit Bernoulli-Effekt betrieben wird, die der Bezugsfläche zugeordnet ist bzw. mit dieser in Verbindung steht.

15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Kalibrierens des Gerätes auf der Basis des berechneten Abstandes zwischen dem Gerät und der Materialbahn die Schritte aufweist:

Anpassen einer Kurve, welche Meßeigenschaften des Gerätes über dem Abstand des Gerätes von der Materialbahn definiert,
Bestimmen des Betriebsansprechens eines Gerätes auf der Kurve, welche auf dem berechneten Abstand von dem Gerät zu der Materialbahn und der Materialbahn beruht, und
Erzwingen, daß das Gerät für die Kurve und für die berechneten Abstände korrekt abliest bzw. anzeigt.

16. Vorrichtung für die Verwendung eines fokussierten Strahles, um zumindest eine Eigenschaft einer Materialbahn zu bestimmen, welche erste und zweite Seiten hat, mit:

einem optischen Gerät, welches auf einer ersten Seite einer Materialbahn angeordnet ist, um einen fokussierten Strahlungsstrahl in Richtung der ersten Seite der Materialbahn auszusenden, und um Licht zu empfangen, welches von der ersten Seite der Materialbahn reflektiert wird, um eine Eigenschaft derselben zu messen, und um Signale zu erzeugen, die für das empfangene Licht und damit die zu messende Eigenschaft repräsentativ sind,
Stützeinrichtungen, die auf einer zweiten Seite der Materialbahn angeordnet sind, um wahlweise eine Bezugsfläche in zwei Positionen auf der zweiten Seite der Bahn und in zwei definierten Abständen zu dem optischen Gerät anzuordnen, wobei die Stütz einrichtungen eine Niederhalteeinrichtung aufweisen, um einen im wesentlichen festen Abstand zwischen dieser und der Materialbahn aufrecht zu erhalten, und
eine Steuereinrichtung für den Empfang von Signalen, welche von dem optischen Instrument unter Ansprechen auf die Bezugsfläche in zwei Positionen und zum Kalibrieren des Gerätes unter Ansprechen darauf erzeugt werden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Spaltmeßeinrichtung zum Messen der Veränderungen des Abstandes des optischen Gerätes zu der Stützeinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung weiterhin dazu dient, die Änderungsrate der Meßeigenschaften des Gerätes bei der Kalibrierung zu bestimmen und die Abstandsänderungen von dem optischen Gerät zu der Rückkoppe lungseinrichtung zu verwenden, um Fehler in den Signalen aufgrund von Veränderungen des Abstandes des optischen Gerätes zu der Stützeinrichtung zu kompensieren.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Stützeinrichtung ein Karussell für die wahlweise Anordnung von zweien von einer Mehrzahl von Stützkacheln aufweist, um die Bezugs fläche in den beiden Positionen zu definieren.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Stützeinrichtung weiterhin für die Positionierung einer aus einer Mehrzahl von Stützkacheln vorgesehen ist, um eine Bezugsfläche für den Betrieb des Gerätes beim Messen der zumindest einen Eigenschaft der Bahn zu definieren.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Niederhalteeinrichtung ein Niederhaltegerät mit Bernoulli-Effekt aufweist.