DE4441864A1 - Vorrichtung zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung bewegter Objekte, insbesondere von bandförmigen Materialien.

In der Fertigung ist die Messung der Geschwindigkeit bewegter Objekte von großer Bedeutung, da diese Einfluß auf die Qualität des Objektes bzw. auf die nachfolgenden Arbeitsabläufe hat.

Konventionelle Systeme zur Geschwindigkeitsmessung eines Objektes basieren auf Lichtschranken-, Doppler- und Kamerakonzepten. Das gemeinsame an diesen Konzepten ist, daß sie die Geschwindigkeit eines Objektes über den zeitlichen Verlauf objektkennzeichnender Größen, wie Kontur oder bei Kameralösungen die Textur ermitteln.

Insbesondere bei der Geschwindigkeitsmessung bandförmiger Materialien, wie z. B. Papier, Blech, Folien etc. sind diese bekannten Konzepte nicht anwendbar, da das bewegte bandförmige Material eine Oberflächenstruktur hat, welches von den bekannten Systemen nicht oder nur unbefriedigend wahrgenommen werden kann.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung bewegter Objekte so weiterzubilden, daß diese auch zur Geschwindigkeitsmessung bandförmiger Materialien mit geringsten Oberflächenstrukturunterschieden einsetzbar ist. Ferner soll die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß Umwelteinflüsse auf das Meßergebnis keine Auswirkung haben soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Messung bewegter Objekte, insbesondere von bandförmigen Materialien weist wenigstens zwei im Abstand voneinander angeordneten Meßwertaufnehmer auf. Bei den Meßwertaufnehmern handelt es sich um Laser. Die Laser sind dabei vorzugsweise im gleichen Abstand zu einer Nullebene positioniert. Beim Durchlaufen eines bandförmigen Materials z. B. Blech, Papier oder Folie tastet jeder Laser die Oberfläche des Materials ab.

Die in Abhängigkeit von dem Zeitverlauf erhaltenen Profilsignaturen werden in einem Analog/Digital-Wandler in digitale Signale umgewandelt und einer Auswerteeinheit zugeführt. Die Auswerteeinheit überprüft, wann identische Profilsignaturen vorliegen.

Aus der zeitlichen Differenz der aufeinanderfolgenden Profilsignaturen und dem Abstand zwischen den Lasern wird die Geschwindigkeit des bandförmigen Materials ermittelt.

Die Ausbildung der Meßwertaufnehmer in Form von Lasern hat auch den Vorteil, daß die Vorrichtung zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung unabhängig von Umwelteinflüssen arbeiten kann. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn Geschwindigkeiten von z. B. Blechbändern gemessen werden sollen, da in blechverarbeitenden Betrieben meist eine hohe Staub- und Lärmentwicklung vorliegt bzw. die Bänder während der Bearbeitung heiß sind, was bei konventionellen Systemen zu einer Meßwertverfälschung führen kann.

Die Meßwerteinheit weist vorteilhafterweise für jeden Meßwertaufnehmer jeweils einen Speicher auf. In dem Speicher werden jeweils Wertepaare abgespeichert. Bei den Wertepaaren handelt es sich um die Korrelation zwischen einer Signatur und dem Zeitpunkt, zu welchem die Signatur bestimmt wurde. Bei der Signatur kann es sich um den verändernden Abstand zwischen einer Bezugsebene und dem Oberflächenprofil handeln. Die Wertepaare eines jeden Meßwertaufnehmers werden miteinander verglichen und die Zeitdifferenz zwischen dem Auftreten gleicher Signaturen bestimmt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat auch den Vorteil, daß sie gleichzeitig mit der Ermittlung der Geschwindigkeit eines Objektes gleichzeitig auch eine Auskunft über die Oberflächenstruktur des Objektes angeben kann. Dieses Ergebnis kann zur Qualitätskontrolle herangezogen werden.

Die Sicherheit der Vorrichtung hinsichtlich der Geschwindigkeitsmessung kann noch weiter erhöht werden, wenn drei oder mehr Meßwertaufnehmer vorgesehen sind. In diesem Fall soll der Abstand zwischen jeweils zwei Aufnehmern unterschiedlich groß sein.

Hierdurch kann eine statistische Unabhängigkeit bei der mehrfachen paarweisen Analyse der Signaturen erreicht werden. Dabei wird jede Geschwindigkeit, die aus zwei Wertepaaren ermittelt wird, einem Plausibilitätstest unterzogen. Beim Plausibilitätstest wird ermittelt, ob eine ermittelte Geschwindigkeit einen oberen Grenzwert nicht überschreitet. Die Geschwindigkeit kann dann durch Ermittlung der Werte, die den Plausibilitätstest bestanden haben, bestimmt werden.

Das Ergebnis der Messung, die Geschwindigkeit, kann in einen Regelkreis eingekoppelt werden, so daß die Vorrichtung ein Bestandteil eines Regelkreises sein kann, bei dem der Ausgang der Auswerteeinheit mit einem Regelkreis gekoppelt ist.

Will man die gemessene Geschwindigkeit ablesen, so wird vorgeschlagen, eine optische Anzeige vorzusehen.

Die vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Messung bewegter Objekte kann auch für die Geschwindigkeitsmessung endloser Objekte, z. B. eines Förderbands, herangezogen werden. Die gemessene Geschwindigkeit des Bandes führt zu der Geschwindigkeit eines auf dem Band sich befindenden z. B. regellosen Schüttgutes, wobei die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schüttgut und dem Band in Förderrichtung als hinreichend klein angenommen wird, so daß diese im Vergleich zur Bandgeschwindigkeit vernachlässigt werden kann.

Aus der ermittelten Geschwindigkeit des Materials kann für ein bestimmtes Intervall die Länge des Materials bestimmt werden. Die Längenmessung ergibt sich dabei aus dem Integral der Geschwindigkeiten über der Zeit.

Gemäß einem weiteren Gedanken wird vorgeschlagen, die Vorrichtung mit Sensoren auszubilden. Diese Sensoren sollen einen Materialanfang oder Materialende unterscheiden. Über die Sensoren können die Meßwertaufnehmer angesteuert werden. Hierbei liegen die Sensoren vor und nach den Meßwertaufnehmern.

Bei Materialien konstanter Breite kann mit einem weiteren Meßwertaufnehmer, der die Materialstärke ermittelt in Verbindung mit dem Ergebnis aus der Geschwindigkeitsmessung aus 4, 5 der Volumenstrom errechnet werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Vorrichtung,

Fig. 2 einen Verlauf der Profilsignaturen über der Zeit, und

Fig. 3 eine Anordnung von drei Meßwertaufnehmern.

Es soll die Geschwindigkeit des Meßobjektes 1 gemessen werden. Bei dem Meßobjekt 1 handelt es sich um ein bandförmiges Material. Das Meßobjekt 1 bewegt sich dabei zwischen Walzenpaaren 2 und 3.

Die Vorrichtung weist zwei im Abstand d zueinander angeordneten Meßwertaufnehmer 4, 5 auf. Bei den Meßwertaufnehmern 4, 5 handelt es sich um Laser. Die Laser emittieren jeweils einen Strahl 6, der auf die Oberfläche des Meßobjekts 1 trifft und von diesem reflektiert wird. Der Strahl 6 eines jeden Meßwertaufnehmers 4, 5 trifft unter demselben Einstrahlwinkel auf das Meßobjekt. Die aus der Messung der Oberfläche erhaltenen Analogsignale werden einem Analog/Digital-Wandler 7 zugeführt und in digitale Signale umgewandelt. Diese digitalen Signale werden mit einer Auswerteeinheit 8, bei der es sich um einen Rechner handeln kann, ausgewertet. Die in der Auswerteeinheit 8 ermittelte Geschwindigkeit kann als Eingangssignal in einem Regelkreis 9 verwertet werden. Die Geschwindigkeit kann auch über eine optische Anzeige 10 angezeigt werden. Aus der Geschwindigkeitsmessung innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls kann die absolute Länge des Objekts 1 angegeben werden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind unterhalb des bandförmigen Materials 1 zwei Sensoren 11, 12 positioniert. Die Sensoren sind zur Ansteuerung der Vorrichtung vorgesehen. Sie geben einen Materialanfang bzw. ein Materialende an.

In der Fig. 2 sind zwei Profilsignaturen über der Zeit dargestellt. Die Profilsignatur 1 zeigt den Verlauf des Profils der Oberfläche über der Zeit, wie sie vom Meßwertaufnehmer 4 aufgenommen wird. Die Profilsignatur 2 zeigt den Verlauf des Profils über der Zeit, wie sie der Meßwertaufnehmer 5 aufnimmt. Durch Verschiebung erhält man die Zeitdifferenz zwischen dem Auftreten zweier gleicher Profilsignaturen an den Meßwertaufnehmern.

Daraus wird entsprechend der Beziehung

die Geschwindigkeit ermittelt.

In der Fig. 3 ist schematisch die Anordnung von drei Meßwertaufnehmern dargestellt. Der Abstand d_4,5 zwischen den Meßwertaufnehmern 4 und 5 ist ungleich dem Abstand d_5,13 zwischen den Meßwertaufnehmern 5 und 13.

Der Abstand zwischen dem Meßwertaufnehmer 4 und 13 wird d_4,13 bezeichnet.

Die Geschwindigkeit kann dabei durch die Beziehung V = 1/3 (d_4,5/ΔT_4,5 + d_4,13/ΔT_4,13 + d_5,13/ΔT_5,13) ermittelt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung bewegter Objekte, insbesondere von bandförmigen Materialien, mit einem Meßwertaufnehmer und einer mit dem Aufnehmer elektrisch verbundenen Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei im Abstand (d) voneinander angeordneten Meßwertaufnehmer (4; 5) vorgesehen sind; daß die Meßwertaufnehmer (4; 5) Laser sind, und ein Analog/Digital-Wandler (7) vorgesehen ist, der einerseits mit den Meßwertaufnehmern (4; 5) und andererseits mit der Auswerteeinheit (8) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (8) für jeden Meßwertaufnehmer (4; 5) jeweils einen Speicher hat und einen Komperator, der mit den Speichern verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei drei oder mehreren Meßwertaufnehmern (4; 5, 13) der Abstand (d_4,5; d_5,13) zwischen benachbarten Aufnehmern (4; 5; 13) unterschiedlich ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Auswerteeinheit mit einem Regelkreis koppelbar ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Anzeige vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (11; 12) zur Ansteuerung der Meßwertaufnehmer (4; 5) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11; 12) eine Lichtschranke ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßwertaufnehmer (13) zur Materialstärkebestimmung vorgesehen ist und in der Auswerteeinheit (8) aus der ermittelten Geschwindigkeit und der gemessenen Materialstärke der Volumenstrom bestimmt wird.