DE69217017T2 - Abtastverfahren und Vorrichtung mit unabhängigen Abtastköpfen zur Messung und Anzeige der Dicke eines Films - Google Patents

Description

• Die Erfindung schlägt ein Verfahren und die entsprechende Vorrichtung vor, um mittels eines Paares unabhängiger Abtastköpfe die Dicke eines Films durch Abtasten zu messen, während er sich fortbewegt
• Die Dicke wird gleichzeitig in der Längsrichtung (wobei die Längsrichtung die Richtung parallel zu der Vorschubrichtung des Films ist) und in der Querrichtung überwacht.
• Die Anzeige der erzielten Messungen wird auf einem Monitor in Form eines Paares von Profilen derart angezeigt, daß eine genaue Darstellung der Kurve der Dicke des Films in einer Querrichtung und gleichtzeitig eine Darstellung der Dickeänderungen in der Längsrichtung bereitgestellt wird.
• Die Profile können je nach Bedarf überlagert sein oder nicht, wie weiter unten beschrieben wird.
• Dieses System ermöglicht es, daß man beim Betrieb ein rasches und deutliches Bild der Dickeänderungen des Material sowohl in Querrichtung als auch in Längsrichtung bekommt.
• Es gibt zahlreiche Bereiche der Industrie, bei denen eine Notwendigkeit besteht, eine visuelle Anzeige der Dicke eines dünnen Materials zu bekommen, wie z.B. eines Bogens Papier, eines Gummi- oder Kunststoffilms, einer Metallfolie etc., wobei zwischen den Änderungen in Querrichtung und Längsrichtung unterschieden wird.
• Vorrichtungen für die Herstellung dieser Filme sind schon auf dem technischen Markt verfügbar und den Experten auf dem Gebiet geläufig, weshalb eine ausführliche Beschreibung überflüssig ist.
• Alle diese Vorrichtungen bieten die Möglichkeit des Eingriffs mittels verschiedener Einstellungen, um die Dicke des Materials zu verändern, während es erzeugt wird, was mit maximal möglicher Genauigkeit überwacht werden muß.
• Die JP-A-63053406 zeigt eine Vorrichtung für die Messung der Dicke eines Films während seines Vorschubs mit zwei Erfassungsköpfen, die jeweils ein optisches System aufweisen. Ein erster Kopf ist feststehend und mißt eine Referenzoberfläche, während der andere Kopf sich entlang einer Führung bewegt und bei einer gewünschten Stellung angehalten wird, um die Oberfläche des Films abzutasten. Der durch den ersten Kopf gemessene Wert wird mit einem Referenzwert verglichen, und die Differenz wird als Korrekturwert für den durch den zweiten Kopf gemessenen Wert verwendet.
• Die JP-A-60177202 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen einer Dicke eines Gegenstands mit einem Abtastkopf, der sich entlang einer Führung in der Querrichtung des Gegenstands bewegt. Es liegen Mittel vor, um die Geschwindigkeit des Abtastkopfes bei den Enden des Gegenstands zu verringern und um die Zeitkonstante von Ansprechkenngrößen zu erhöhen.
• Die europäischen Patentanmeldungen 0 452 665 und 0 452 66 derselben Anmelderin beschreiben ein Verfahren und eine Kreuzabtastvorrichtung zum Messen der Dicke eines Materials in einem Film, in welcher ein Paar Dickemesser sich gleichzeitig in entgegengesetzter Richtungen entlang einer Linie rechtwinklig zu der Vorschubrichtung des Films bewegen, um gleichzeitig zwei Messungen entsprechend zweier Punkte durchzuführen, die bezüglich der Längsachse des Films selbst symmetrisch angeordnet sind, um die Dickeänderungen in der Querrichtung unabhängig von den Dickeänderungen in der Längsrichtung zu überprüfen.
• Mit diesem System, welches in jedem Augenblick die Dicke beider Seiten des Films mißt, ist es möglich, die Produktionsgeräte rasch einzustellen, und die eventuellen Einstellungen werden durch eventuelle Änderungen der Dicke in Längsrichtung nicht beeinflußt.
• Es gibt jedoch Fälle, bei denen es zustzlich zu der Erkenntnis der Kurve der Dicke des Materials in einer Querrichtung ebenfalls nützlich oder notwendig ist, dieselbe Kurve in einer Längsrichtung zu kennen, was mit der bekannten Vorrichtung auf schnelle und rasche Art nicht möglich ist.
• Diese Anforderung findet eine Lösung mit dem Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, einem Verfahren, das für die Messung der Dicke des Materials mittels eines Detektors sorgt, der sich in einer Richtung rechtwinklig zu der Vorschubrichtung des Films bewegt, und für eine gleichzeitige Erfassung der Dicke in der Längsrichtung mittels eines zweiten Meßinstruments sorgt, das in einer feststehenden Stellung gehalten wird und/oder das zu programmierten Intervallen bewegt wird.
• Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als ein nicht einschränkend aufzufassendes Beispiel ausführlich beschrieben, wobei insbesondere auf die begleitende Zeichnung Bezug genommen wird, wobei:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorderansicht einer Abtastervorrichtung gemäß der Erfindung ist; und
• Fig. 2 eine von oben betrachtete schematische Darstellung eines Materialstreifens ist und die Spuren anzeigt, entlang derer die Sensoren die Messungen durchführen. Die Einzelheiten, die in den Kästen der Figur erscheinen, zeigen die Profile, welche die Kurven der Dicke der Materialien anzeigen, während sie durch die beiden Sensoren erfaßt werden (Fig. 2a und 2b), sowie das wirkliche Profil (Fig. 2c).
• In Fig. 1 ist ein Film 1 gezeigt, der sich in der Richtung des Pfeiles F fortbewegt.
• Der Film 1 tritt durch eine insgesamt mit 2 bezeichnete Abtastmaschine hindurch, welche einen Rahmen 3 aufweist, auf dem ein Paar Abtastköpfe laufen, die insgesamt mit 4 bezeichnet werden, von denen jeder aus einem Signalsender 5 (z.B. Strahlungen, Infrarotstrahlen etc.), der sich auf einer Seite des Films befindet, und einem entsprechenden Detektor oder einer Meßvorrichtung 6, die sich auf der gegenüberliegenden Seite befindet, besteht.
• Insbesondere legt das erfindungsgemäße Verfahren fest, daß eine der beiden Sender-Detektor-Einheiten sich in einer Hin- und Herbewegung über die gesamte Länge des Streifens 1 in einer Richtung rechtwinklig zu der Vorschubrichtung des Streifens bewegt, während der andere in einer voreingestellten Position entlang des Rahmen feststehend gehalten wird, um eine Messung der Dicke in Längsrichtung durchzuführen.
• Natürlich kann die Position dieser zweiten Sender-Detektor-Einheit verändert werden, um verschiedene Serien aufeinanderfolgender Messungen bei unterschiedlichen Höhen des Streifens durchzuführen.
• Manchmal kommt es vor, daß die Änderungen der Dicke des Materials in der Längsrichtung bei periodischen Intervallen auftreten, wenn sie z.B. durch eine Exzentrizität der Kalander oder ähnlicher Bestandteile erzeugt werden, und es könnte nützlich sein, die Überwachung für einen gewissen Abschnitt durchzuführen und dann den Abtastkopf zu bewegen, um die Messung in einer unterschiedlichen Position durchzuführen.
• Um eine unmittelbare visuelle Kenntnis des Verlaufs der Dickeänderungen des Films zu erzielen, können die aufgenommenen Messungen auf einem Monitor in Form von Profilen der in den Kästen von Fig. 2 gezeigten Art dargestellt werden.
• Ein Detektor, der sich rechtwinklig zu der Vorschubrichtung des Films bewegt, liest die Dicke entlang einer geneigten Richtung, z.B. entlang von "a" in Fig. 2, einer Richtung, bei der es sich um eine Funktion der Vorschubgeschwindigkeit des Films und der Translationsgeschwindigkeit des Sensors handelt.
• Es ist offensichtlich, daß diese Ablesung durch die Änderungen der Dicke in Längsrichtung beeinflußt wird, für welche die Bedienperson ein Profil wie das in Fig. 2a gezeigte sieht, bei dem die Dickeänderungen in der Querrichtung durch diejenigen in der orthogonalen Richtung beeinflußt werden und das sich ergebende Profil selbst für einen Experten schwer zu interpretieren ist.
• Ein Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Abtastung durch einen Sensor durchgeführt wird, der sich in einer Querrichtung bewegt, und gleichzeitig ein zweiter Sensor in einer Längsrichtung abtastet, wobei er in einer blockierten Position bleibt.
• Indem man in jedem Augenblick die durch den feststehenden Sensor erfaßten Dickewerte von den durch den beweglichen Sensor erfaßten subtrahiert, wird eine ausreichend angenäherte Messung der Dickeänderungen in der Querrichtung erzielt. Wenn man dann sicherstellt, daß die Größe der Dickeänderungen in der Längsrichtung für die gesamte Breite des Films konstant ist, gibt das gewonnene Profil die Kurve der Dickeschwankungen der Querrichtung genau wieder.
• Um das Profil der echten Dicke zu erhalten, wird das auf diese Weise gewonnene Profil zu dem Mittelwert der Messungen addiert, die durch den feststehenden Sensor während einer gesamten Abtastung des beweglichen Sensors durchgeführt werden.
• Im wesentlichen erhält man das Profil des Materials in Querrichtung aus der Kombination einer Messung mittels eines Sensors, der sich in einer Richtung rechtwinklig zu der Vorschubrichtung des Films bewegt, und der Messung, die durch einen zweiten Sensor durchgeführt wird, der in einer feststehenden Position gehalten wird, der die Dickeänderungen in einer Längsrichtung erfaßt.
• Somit erhält man (Fig. 2) durch Subtrahieren des Profils 2b von Profil 2a gemäß dem Wert entlang der Linie "a" und durch Addieren des Mittelwerts des Profils 2b das Profil 2c, welches das echte Profil der Dickeänderungen in einer Querrichtung darstellt.
• Als zusätzlicher Vorteil werden die verschiedenen Profile gleichzeitig in unterschiedlichen Farben angezeigt. So kann z.B. das Profil bezüglich einer Messung entlang der Linie "a" auf dem Monitor zusammen mit dem Profil angezeigt werden, das in einer Längsrichtung für eine Länge gemessen wird, die gleich dem Abschnitt ist, der durch den Film in der Zeitdauer zurückgelegt wird, die der Kopf, der die Erfassung in Querrichtung durchführt, benötigt, um die gesamte Breite des Films zurückzulegen.
• Auf diese Weise hat die Bedienungsperson eine einfache und unmittelbare Sichtanzeige der Kurve der Dickeänderungen des Materials, ohne daß ein Zurückgreifen auf komplizierte Algorithmen oder dreidimensionale Darstellungen nötig ist, die extrem mühselig und praktisch unmöglich auf einem Monitor gewöhnlicher Abmessungen zu lesen sind. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Abtastköpfe mit hoher Genauigkeit kalibriert werden, indem man die Köpfe ausrichtet und die Dickewerte entlang derselben Richtungslinie als eine Funktion der Vorschubgeschwindigkeit des Films liest, wobei man natürlich die Zeitdifferenz beim Lesen des einen Kopfes im Vergleich zu dem anderen berücksichtigt.
• Auf diese Weise kann man sicher sein, jegliche Art unvollkommener Kalibrierung eines Kopfes bezüglich zu dem anderen zu eliminieren, da beide kalibriert werden, indem sie die Dicke entlang desselben Weges lesen.
• Ein Experte auf dem Gebiet könnte nun zahlreiche Modifikationen und Varianten liefern, die jedoch allesamt im Rahmen der durch die Ansprüche bestimmten Erfindung liegen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Messen und Anzeigen der Dicke und/oder des Gewichts pro Flächeneinheit eines Films (1), der sich entlang einer Längsrichtung (F) bezüglich einer Meßvorrichtung fortbewegt, welche zwei Abtastköpfe (4) aufweist, wobei die Abtastung des Films mittels eines ersten Abtastkopfs (4) durchgeführt wird, der sich mit einer Hin- und Herbewegung in einer Querrichtung rechtwinklig zu der Fortbewegungsrichtung des Films bewegt, und wobei die Abtastung gleichzeitig in der Längsrichtung der Fortbewegung (F) des Films mittels eines zweiten Abtastkopfs (4) durchgeführt wird, der während des Abtastvorgangs feststehend bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels des feststehenden Abtastkopfs (4) durchgeführte Messung der Dicke von der mittels des beweglichen Abtastkopfs (4) durchgeführten abgezogen wird, wobei das Ergebnis der Ablesewerte in Form eines Paares von Profilen angezeigt wird, wobei sich eines auf den Ablesewert in der Längsrichtung und das andere auf den Ablesewert in der Querrichtung bezieht, wobei letzteres durch die Kombination der Messungen des ersten und des zweiten Abtastkopfs (4) gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abtastkopf (4), der die Abtastung in der Längsrichtung (F) durchführt, für eine Zeitdauer unbeweglich bleibt, die gleich oder ein Vielfaches der Zeit ist, die der erste Abtastkopf benötigt, um das Ablesen der gesamten Breite des Films (1) durchzuführen, woraufhin der zweite Abtastkopf sich bewegt, um ein zweites Ablesen in einer unterschiedlichen Stellung durchzuführen.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastköpfe (4) kalibriert werden, indem man die Köpfe ausrichtet und die Breiten entlang derselben Richtungslinie abliest, wobei man die Zeitdifferenz beim Ablesen eines Kopfes verglichen mit dem anderen als eine Funktion der Fortbewegungs-geschwindigkeit des Films berücksichtigt.

4. Abtastvorrichtung zum Messen und visuellen Anzeigen der Dicke eines Films (1) während er sich fortbewegt, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Paar Abtastköpfe (4) aufweist, die jeweils aus einem auf einer Seite eines Raums zur Aufnahme des Films angeordneten Sender (5) und aus einem auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Detektor (6) bestehen, um die Dicke des Films (1) abzulesen, wobei jeder der Köpfe (4) unabhängig zueinander entlang einer feststehenden Unterlage (3) beweglich ist, die in der Querrichtung bezüglich der Längsrichtung der Fortbewegung (F) des Films angeordnet ist, wobei eine Einrichtung zum Blockieren eines der beiden Abtastköpfe (4) in einer feststehenden Stellung bezüglich der Unterlage (3) vorgesehen ist und eine Ablesebewegung des anderen Abtastkopfes (4) entlang der Unterlage (3) über die gesamte Breite des Films hinweg durchführt, wobei auch eine Einrichtung bereitgestellt wird, um die mittels eines der Abtastköpfe durchgeführte Messung der Dicke von der mittels des anderen Abtastkopfs durchgeführten abzuziehen und um das Ergebnis der Ablesewerte in Form eines Paares von Profilen anzuzeigen, wobei sich eines auf den Ablesewert in der Längsrichtung und das andere auf den Ablesewert in der Querrichtung bezieht, wobei letzteres durch die Kombination der Messungen des ersten und des zweiten Abtastkopfs (4) gewonnen wird.

5. Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um die mittels der Abtastköpfe (4) durchgeführten Messungen in Form überlagerter Profile unterschiedlicher Farben auf einem Monitor anzuzeigen.