DE658025C - Vorrichtung zum Messen des Glanzes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Glanzes nicht metallischer Oberflächen. Eine derartige Messung ist bei Papier, insbesondere Zeitungspapier, wichtig, weil der Glanz ein Maß dafür darstellt, in welchem Maße die Druckfarbe von dem Papier absorbiert wird, und demgemäß dafür, mit welcher Höchstgeschwindigkeit die Druckmaschine betrieben werden kann.

Papier hat nun infolge seiner faserigen Struktur eine unregelmäßige Oberfläche, und infolgedessen wird ein großer Teil des auf die Papieroberfläche auffallenden Lichtes ts nach allen Richtungen hin zerstreut. Ein kleiner Teil des Lichtes jedoch wird spiegelartig zurückgeworfen.

Dieses spiegelartig zurückgewiesene Licht ist nun mehrfach zur Messung des Glanzes des Papiers ausgenutzt worden. Es ist bekannt, mittels drehbarer Analysatoren das von der zu messenden Oberfläche unter dem Polarisationswinkel reflektierte Licht zu messen, das ein Maß für den Glanz bildet. Ferner sind auch Glanzmessungen unter Ver-λvendung einer Nonnalprobe bekannt.

Bei bekannten Geräten zum Messen des

Glanzes wird das auf die zu untersuchende Oberfläche fallende Licht durch Nikolprismen polarisiert. Teilweise wird ein feststehendes Nikol benutzt und der Glanz mittels photoelektrischer Zellen gemessen.

Es sind auch Einrichtungen für photometrische und Farbenmessungen bekannt, bei denen das von der zu messenden Probe und von dem Standard reflektierte Licht unter Verwendung von feststehenden Polarisatoren polarisiert und unter Verwendung von rotierenden Analysatoren mittels einer Photozelle derart gemessen wird, daß die Analysatoren mit der gleichen Geschwindigkeit, aber mit umgekehrter Phase umlaufen. Bei diesen bekannten Einrichtungen ist der in der Photozelle erzeugte Wechselstrom gleich der Resultierenden zweier Komponenten von entgegengesetzter Phase, von denen die eine von dem von der zu messenden Oberfläche reflektierten Licht und die andere von dem von der Vergleichsoberfläche reflektierten Licht herrührt.

Gemäß der Erfindung läßt sich nun durch gleichzeitige Anwendung dieser bekannten Verfahren ein allen Anforderungen der Praxis genügender Apparat zur Messung des Glanzes herstellen. .

Die vorliegende Erfindung geht von einer Einrichtung zum Messen des Glanzes aus, bei der das unter dem Polarisationswinkel von der zu messenden Oberfläche reflektierte Licht durch einen drehbaren Analysator hin-

durchgeht und mittels einer lichtelektrischen Zelle gemessen wird. Sie besteht darin, daß bei einem solchen Gerät eine als Vergleichsnormal dienende, unter dem Polarisationswinkel gegenüber dem auffallenden Lichtstrahl geneigte A-'ergleichsspiegelflache vorgesehen ist und das von dieser Spiegelfläche reflektierte Licht ebenfalls durch einen Analysator auf dieselbe Photozelle geworfen ίο wird und beide Analysatoren mit der gleichen Geschwindigkeit, aber mit umgekehrter Phase, umlaufen. Diese Analysatoren sind so angeordnet, daß der in der Photozelle erzeugte Wechselstrom gleich der Resultierenden zweier Komponenten von entgegengesetzter Phase ist, von denen die eine von dem von der Oberfläche, deren Glanz gemessen werden soll, reflektierten polarisierten Licht und die andere von dem von der Vergleichsfläche reflektierten polarisierten Licht herrührt.

Hierdurch wird insbesondere ein sehr einfacher Apparat dadurch geschaffen,, daß man von der bekannten Tatsache Gebranch macht, daß das von der Oberfläche eines durchsichtigen Mediums zurückgestrahlte Licht in der Einfallsebene des Lichtes polarisiert ist. Demgemäß sind für den Gegenstand der Erfindung keine besonderen polarisierenden Nikols erforderlich, weil die beiden Oberflächen selbst polarisierend wirken. Gerade der Polarisationszustand des von den Proben kommenden Lichtes ist wesentlich für die vor-. liegende Messung.

Wenn dieses Licht durch den Analysator, z. B. ein Nikolprisma, hindurchgeht, so ändert sich die Stärke des den Analysator verlassenden Lichtes entsprechend der Winkelstellung des Analysators zu seiner Achse. Der Teil des auf das Papier auffallenden Lichtes, welcher nach allen Richtungen hin zerstreut wird, wird in allen Lagen des Analysators in gleicher Stärke durch diesen hindurchgehen.

+5 Der resultierende Wechselstrom besitzt je nach der Stärke des Glanzes verschiedene Amplituden, und zwar ist die Amplitude gleich Null, wenn der Glanz der zu untersuchenden Probe gleich ist dem Glanz der Vergleichsfläche. Wenn der Glanz der Probe geringer ist als derjenige der Vergleichsfläche, dann wird die Phase des resultierenden Stromes die gleiche sein wie die Phase der Vergleichskomponente. Wenn der Glanz der Probe größer ist als derjenige der Vergleichsoberfläche, dann wird die Phase des resultierenden Stromes derjenigen der Vergleichskomponenten entgegengesetzt sein. Das Wechselstrommeßinstrument ist mit einem So Gleichrichter verbunden; der Zeiger des mit einem Gleichrichter verbundenen Wechselstrommeßinstrumentes schlägt in der einen Richtung aus, wenn die Phase die gleiche ist, und in der entgegengesetzten Richtung, wenn die Phase eine andere ist wie diejenige der Vergleichskomponente.

Gemäß weiterer Erfindung wird dieser Glanzmesser dadurch verbessert, daß sich ein Wechselstromgenerator synchron mit den Analysatoren dreht und der Photozellen- und der Generatorstrom gemeinsam auf ein Wechselstrominstrument einwirken. Ferner wird die ebengenannte Anordnung erfindungsgemäß dadurch weiter ausgebildet, daß der gegebenenfalls verstärkte Strom der Photozelle in die Primärwicklung eines Transfor- . mators geleitet wird, dessen Sekundärwicklung in ihrem Mittelpunkt mit der einen Klemme des Generators verbunden ist, während die Endpunkte der Sekundärwicklung über Gleichrichter an ein Voltmeter mit beiderseitigem Ausschlag angeschlossen sind. Werden_ die vorgenannten Anordnungen zum Messen des Glanzes von Papier verwendet, so werden erfindungsgemäß alle Teile des Apparates in einem mit Rollen versehenen Gehäuse eingeschlossen, durch welche der Apparat von der einen Seite zur anderen des sich bewegenden Papierstreifens hin und her bewegt werden kann. Ferner besitzt dieses Gehäuse Rollen, welche das Papier vor der öffnung des Gehäuses gespannt halten.

Ein besonderes zweckmäßiges Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in Verwendung als Gerät zum Messen des Glanzes von Papier ist in der beiliegenden Zeichnung beschrieben, in welcher

Fig. ι einen Aufriß des Apparates teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 entsprechend II-II in Pfeilrichtung gesehen zeigt.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen den Verlauf der Komponenten des aus der Photozelle austretenden Wechselstromes unter verschiedenen Bedingungen.

Fig. 6 zeigt ein Schaltungsschema des mit dem Wechselstrommesser verbundenen Verstärkers und Gleichrichters.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung dient zur kontinuierlichen Messung eines sich bewegenden Papierstreifens, wie er von der Papiermaschine geliefert ward. Dieser Apparat soll sich kontinuierlich von einer Seite zur anderen dieses Papierstreifens bewegen. Die hierzu erforderlichen Vorrichtungen sind jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt. Die gezeichnete Ausführungs· form läßt sich aber auch ebensogut zur Prüfung von kleinen Proben benutzen, und zwar nicht nur für Papier, sondern auch für irgendein anderes Material.

Die Vorrichtung wird von einem Gehäuse io umschlossen, welches mit Hilfe von Rollen 12 auf nicht gezeichnete Schienen aufgehängt ist. Diese Schienen erstrecken sich quer über die unterhalb des Apparates liegende Papierbahn 14. An jeder Seite des Gehäuses ist eine Rolle 16 angeordnet, durch welche das Papier unter einer im Boden des Gehäuses befindlichen Öffnung 18 gespannt gehalten wird. Diese Öffnung ist mit einer durchsichtigen Glasplatte 20 verschlossen. In einer an der Wand des Gehäuses 10 angebrachten Umhüllung 24, die mit zwei Linsensystemen 26 versehen ist. ist eine Lichtquelle 22 angeordnet. Durch das eine dieser Linsensysteme fällt ein Lichtstrahl auf das Papier 14, und zwar trifft er das Papier in der Mitte der öffnung 18 unter einem Winkel von etwa 57°. Das andere Linsensystem wirft einen ähnliehen Lichtstrahl unter dem gleichen Winkel auf eine polierte Glasplatte 28, die in einer Tragvorrichtung 30 im oberen Teil des Gehäuses befestigt ist. In in den Lagern 40, 42 drehbaren Röhren 36, 38 sind zwei Nikols 32, 34 angeordnet. Die Drehachsen dieser beiden Rohre fallen zusammen mit den Achsen der von der Papierbahn 14 und der Glasplatte 28 reflektierten Strahlen, d. h. sie sind um ungefähr 57⁰ gegen die auf den Oberflächen des Papiers und der Glasplatte errichteten Senkrechten geneigt. In dem Punkt, in dem die beiden Drehachsen sich schneiden, befindet sich die Photozelle 44.

Die beiden Rohre" 36, 38 sind mit Kegelrädern 46, 48 verbunden, die mit einem auf der Ankerachse 52 des Elektromotors 54 angeordneten Kegelrad 50 in Eingriff stehen. Die Kegelräder 46, 48 haben gleiche Zähnezahlen, und die beiden Nikols 32, 34 sind in den Rohren 36, 38 so angeordnet, daß sie immer entgegengesetzte Phasen erzeugen, d. h. daß sie um 90⁰ gegeneinander versetzt sind.

Man erkennt ohne weiteres, daß das von der Glasplatte 2S zurückgeworfene polarisierte Licht in einer bestimmten Stellung des Xikols 34 durch dieses in unverminderter Stärke hindurchtritt, daß nach einer Drehung um 90⁰ kein Licht mehr aus dem Nikol heraustritt und daß die Lichtstärke sich nach einer Sinuskurve ändert; entsprechend wird das Licht, das von dem Papierstreifen 14 zurückgespiegelt wird, beim Durchtritt durch das Prisma 32 nach einer ähnlichen Kurve verändert, aber die beiden Sinuskurven haben entgegengesetzte Phasen. Wenn die Amplitude der Veränderungen der beiden Lichtstrahlen gleich sind, dann wird das auf die Photozelle 44 fallende Licht konstant sein, und der durch die Zelle hindurchtretende Strom wird keinerlei Änderungen aufweisen.

Dieser Fall ist in Fig. 3 dargestellt. Tn dieser ist die Komponente des Wechselstromes, die von dem durch das Prisma 34 hindurchtretenden Licht erzeugt wird, durch die ausgezogene Sinuskurve 56 und die Komponente, die von dem vom Papier zurückgeworfenen Licht herrührt, durch die gestrichelte Sinuskurve dargestellt. Die Resultierende dieser beiden Komponenten ist eine gerade Linie 60, die in strichpunktierten Linien gezeichnet ist. In der Fig. 4 hat die Komponente des von dem Papier zurückgeworfenen Lichtes eine größere Amplitude, wie dies durch die gestrichelte Sinuskurve 58' dargestellt ist. Der Strom, der von dem von der Glasplatte 28 reflektierten Licht herrührt und der durch die Kurve 56 dargestellt ist, hat die gleiche Amplitude wie in der Fig. 3. Die Resultierende dieser beiden Ströme hat entsprechend der Sinuskurve 60' eine Amplitude, die gleich ist der Differenz der Amplituden der Sinuskurven 56, 58' und auch die gleiche Phase wie die Kurve 58'. In Fig. 5 ist der umgekehrte Fall dargestellt; der Strom, der von dem vom Papier zurückgeworfenen Licht herrührt, hat eine geringere Amplitude als der Strom, der von dem von der Glasplatte zurückgeworfenen Licht herrührt und der durch die Sinuskurve 58" dargestellt ist. Der resultierende Strom entsprechend der Kurve 60" hat eine Amplitude, die gleich ist der Differenz der Amplituden der Kurven 56, 58", aber seine Phase ist entgegengesetzt dem in Fig. 4 dargestellten resultierenden Strom 60'. Infolgedessen erkennt man ohne weiteres, daß ein Wechselstrommeßinstrument, das sowohl die Phase als auch die Amplitude des durch die strichpunktierten Linien dargestellten Stromes anzeigt, den Glanz des ioo Papiers im Verhältnis zu dem Glanz einer beliebigen Vergleichsplatte, beispielsweise der polierten Glasplatte 28, abzulesen gestattet. Man muß noch darauf achten, daß der Punkt, in welchem das auf das Papier fallende Licht durch die Glasplatte 20 hindurchgeht, genügend weit von dem beleuchteten Teil des Papiers entfernt ist und daß das von der Glasplatte reflektierte Licht nicht auf das Prisma 32 fallen kann. In diesem Falle wird die Glasplatte trotz ihrer polarisierenden Wirkung keinerlei störenden Einfluß auf die Wirkung des Apparates ausüben.

In Fig. 6 stellt 62 ein Voltmeter dar, dessen Zeiger von einer Nullstellung aus nach beiden Richtungen hin ausschlagen kann. Der Anode 64 der Photozelle wird ein positives Potential aufgedrückt; ihre Kathode 66 ist über einen Kondensator 68, welcher die Gleich-Stromkomponente des durch die Photozelle hindurchtretenden Stromes unterdrückt, mit

dem Gitter 70 einer Verstärkerröhre ¹J2 verbunden, deren Anodenstrom durch die Primärwicklung 74 des Transformators 76 fließt. Der Mittelpunkt der Sekundärwicklung 78 des Transformators ist mit,der einen Klemme eines Wechselstromgenerators 80 verbunden, der einen Strom von gleicher Frequenz erzeugt wie die Frequenz des in der Photozelle erzeugten Wechselstromes. Die Phase to dieses Generatorstromes ist die gleiche wie die Phase einer der Komponenten des Photozellenstromes. Dieser Generator wird, wie man aus den Fig. 1 und 2 ersieht, über ein Kegelradgetriebe 82 von dem Motor 54 angetrieben. Die andere Klemme des Generators ist mit der Steuerbatterie 84 verbunden. Die Enden der Sekundärwicklung 78 sind mit den Gittern 86, 88 von zwei Glühkathodengleichrichterröhren 90, 92 verbunden. Die Anoden 94, 96 dieser Gleichrichterröhren 90, 92 sind mit den beiden Enden eines Potentiometers 98 verbunden, das parallel zum Voltmeter 62 liegt.

Eine Batterie 100 drückt über die beiden Zweige des Potentiometers 98 den Anoden 94, 96 ein hohes Potential auf.

Es sei nunmehr zunächst angenommen, daß die Bedingungen, die in Fig. 3 dargestellt sind, vorliegen und daß demgemäß keinerlei Wechselstrom in der Primärwicklung 74 des Transformators 76 fließt, Infolgedessen werden die Potentiale, welche der Generator 80 den Gittern der Gleichrichterröhren 90, 92 aufdrückt, in ihrer Phase entgegengesetzt sein, so daß das Voltmeter 62 keinen Ausschlag ergibt.

Nimmt man dagegen an, daß die Bedingungen der Fig. 4 vorliegen und daß der vom Generator 80 erzeugte Strom am oberen Ende der Wicklung 78 ein Potential erzeugt, das dasselbe Vorzeichen besitzt wie das Potential,, das in diesem Punkte von dem Wechselstrom 60' erzeugt wird, so werden die Potentiale, die von diesen beiden Wechselströmen am unteren Ende der Wicklung 78 erzeugt werden, entgegengesetztes Vorzeichen haben. Der Einfachheit halber sei ferner angenommen, daß diese beiden Potentiale gleich sind; dann wird kein Wechselstrompotential am Gitter $0 88 erzeugt. Dem Gitter 86 wird dagegen ein Wechselpotential aufgedrückt, das doppelt so groß ist wie das vom Wechselstrom 60' herrührende Potential. Infolgedessen wird durch die Röhre 90 ein resultierender gleichgerichteter Strom fließen, welcher einen Ausschlag des Zeigers des Voltmeters 62 nach einer bestimmten Richtung hin erzeugt. Wenn schließlich die Bedingungen, die in Fig. 5 dargestellt sind, vorliegen, wenn also der Wechselstrom 60" die entgegengesetzte Phase besitzt wie der Wechselstrom, der in Fig. 4 dargestellt ist, so werden die beiden Potentiale am oberen Ende der Wicklung 78 entgegengesetztes Vorzeichen haben, während die Potentiale am unteren Ende das gleiche Vorzeichen haben. Infolgedessen wird am Gitter 86kein Wechselpotential vorhanden sein, während das Wechselstrompotential am Gitter 88 einen gleichgerichteten Strom erzeugt, der die Röhre 92 durchfließt und der den Zeiger des Voltmeters 62 in entgegengesetzter Richtung zum Ausschlag bringt.

Es ist klar, daß der Ausschlag des Zeigers in beiden Fällen ein anderer ist, wenn die Potentiale an dem einen oder anderen Ende der Wickelung 78 nicht gleich sind, und daß die Größe dieses Ausschlages ein Maß bildet für die Amplitude der Wechselströme 60 bzw. 60". Steht also der Zeiger des Voltmeters auf Null, so wird hierdurch angezeigt, daß die Spiegelungsfähigkeit des Papiers und der Glasplatte 28 die gleiche ist, während ein Ausschlag des Zeigers in der einen oder anderen Richtung anzeigt, daß der Glanz des Papiers größer oder geringer ist als derjenige der Vergleichsfläche.

Es besteht die Gefahr, daß sich Staub, der sich auf dem Papier 14 befindet, auf der unteren Oberfläche der Glasplatte 20 niederschlägt. Dieser Staub muß infolgedessen von Zeit zu Zeit durch eine kleine Bürste 102, die auf dem auf der Spindel 106 sitzenden Hebelarm 104 befestigt ist, fortgewischt werden. Das obere, sich innerhalb des Gehäuses 10 befindliche Ende der Spindel trägt einen Arm 108, der mittels einer Zugfeder 110 mit einer Stange 112 verbunden ist, die sich im Innern des Gehäuses 10 hin und her bewegen kann und aus dem Gehäuse an beiden Enden hervorragt. Wenn die Einrichtung sich von einer Seite der Papierbahn zur anderen bewegt, treffen die Enden der Stange 112 auf feste Anschläge, welche die Stange zuerst in einer Richtung und dann in der anderen Richtung bewegen, wobei die Feder 110 die Spindel ro6 zunächst in einer und dann in der anderen Richtung bewegt und dadurch eine Hinundherbewegung der Bürste 102 auf der Glasplatte 20 verursacht. Diese Wirkung tritt ein, sobald sich der Apparat an den äußersten Enden der Papierbahn befindet, und infolgedessen sind die hierdurch bedingten Unterbrechungen in der Ablesung des Voltmeters bedeutungslos.

In der Zeichnung ist eine Photözelle 44 der Elektronentype dargestellt, bei welcher ein polarisierendes Potential erforderlich i&t. Wenn statt dessen eine Photozelle der Gleichrichtertype verwendet wird, so kann die Schaltung gegenüber der Schaltung nach Fig. 6 erheblich vereinfacht werden. Es kann dann der Kondensator 68 und die Röhre 72

fortfallen, und der Photozellenstrom kann direkt durch die Primärwicklung 74 fließen. In diesem Falle können auch die Gleichrichterröhren 90, 92 ersetzt werden durch Kupfer-^ Kupferoxyd-Gleichrichter.

In den Fig. 3, 4 und 5 haben die drei Kurven 56, 58 und 60 die gleiche mittlere, Höhe; das ist aber im allgemeinen nicht der Fall, weil auch ein Teil des durch das Papier zerstreuten Lichtes auf die Photozelle fällt und dieses Licht je nach dem Graugehalt oder dem Farbengehalt des Papiers veränderlich ist. Dieses Licht hat einen Einfluß auf die Gleichstromkomponente des Photozellenstromes. Dieses Licht hat aber bei der in Fig. 6 gezeichneten Einrichtung keinerlei Einfluß auf das Meßergebnis. In den Röhren 36.38 sind Sammellinsen 33 und 3 5 derart angeordnet, daß das gesamte in die Röhren eintretende Licht durch die Nikols hindurchtritt und auf die Kathode 66 der Photozellen konzentriert wird.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ι . Vorrichtung zum Messen des Glanzes, bei der das unter dem Polarisationswinkel von der zu messenden Oberfläche reflektierte Licht durch einen drehbaren Analysator hindurchgeht und mittels einer lichtelektrischen Zelle gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Vergleichsnormal dienende, unter dem Polarisationswinkel gegenüber dem auffallenden Lichtstrahl geneigte Vergleichsspiegelfläche vorgesehen ist und das von dieser Spiegelfläche reflektierte Licht ebenfalls durch einen Analysator auf dieselbe Photozelle geworfen wird und beide Analysatoren ; mit der gleichen Geschwindigkeit, aber mit umgekehrter Phase, umlaufen und. so angeordnet sind, daß der in der Photozelle erzeugte Wechselstrom gleich der Resultierenden zweier Komponenten von entgegengesetzter Phase ist, von denen die eine von dem von der Oberfläche, deren Glanz gemessen werden soll, reflektierten polarisierten Licht und die andere von dem von der Vergleichsoberfläche reflektierten polarisierten Licht herrührt.
2. 2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Wechselstromgenerator (80) synchron mit den Analysatoren dreht und der Photozellen- und der Generatorstrom gemeinsam auf ein Wechselstrommeßinstrument einwirken.
3. 3. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebenenfalls verstärkte Strom der Photozelle (44) in die Primärwicklung eines Transformators (γ6) geleitet wird, dessen Sekundärwicklung (78) in ihrem Mittelpunkt mit der einen Klemme des Generators (80) verbunden ist, während die Endpunkte der Sekundärwicklung über Gleichrichter (90, 92) an ein Voltmeter mit beiderseitigem Ausschlag angeschlossen sind.
4. 4. Apparat nach Anspruch 1 bis 3 zum Messen des Glanzes von Papier, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile des Apparates in einem mit Rollen (12) versehenen Gehäuse (10) eingeschlossen sind, durch welche der Apparat von einer Seite zur anderen des sich bewegenden Papierstreifens (14) hin und her bewegt werden kann, und daß dieses Gehäuse Rollen (16) besitzt, welche das Papier vor der Öffnung (18) des Gehäuses gespannt halten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen