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Anordnung zur Dickenmessung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur
Messung von Dicken oder Breiten beliebiger Prüflinge. Es wird vorzugsweise daran
gedacht, sehr kleine Körper auszumessen. Zur direkten Messung kann aber ein Bild
des Prüflings genügen. Bekannt ist es, die Breite von Blendenöffnungen durch Helligkeitsmessungen
fotoelektrisch zu erfassen.
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Es ist ferner bekannt, die Ränder eines Prüflings nacheinander abzutasten
und über Elektronenröhren, Differenzierschaltungen und weitere Elektronenröhren,
alles in galvanisch induktiver oder kapazitiver Kupplung, als phasenverschobene
Impulse darzustellen. Solche feinfühlige elektronische Meßmethoden werden vorzugsweise
bei kleinen Meßkörpern verwendet, also dann, wenn einfachere mechanische Methoden
versagen. Diese bekannten elektronischen Anordnungen haben aber gewisse Nachteile,
weil durch Rückwirkungen wegen der drehenden Kupplung sämtlicher Kreise erhebliche
Verfälschungen auftreten können. Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, zur Breitenmessung
von Bändern jeden der beiden Ränder getrennt für sich abzutasten. Bei einer derartigen
Anordnung muß irgendeine Bezugsgröße zusätzlich vorhanden sein, damit man eine Breitennormale
definieren kann.
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Gemäß der Erfindung wird nun eine Anordnung vorgeschlagen, bei der
man sich durch fotoelektrische Abtastung und Differenziereinrichtungen
phasenverschobene
Impulse herstellt. Erfindungsgemäß steuern die Impulse über eine selbsttätig vor
jedem Meßvorgang ansprechbereit gemachte, aus Entladungsgefäßen bestehende Meßbrücke
einen Kondensatorladekreis. Die Steuerung erfolgt derart, daß die Phasenverschiebung
als Spannung am Kondensator auftritt. Die Abtastung erfolgt entweder durch einen
beweglichen Lichtstrahl oder durch eine bewegliche Blende. Die so erfaßten Kontrastunterschiede
werden nach ihrer Differenzierung über oder C-Glieder als Impulse verstärkt und
über eine Weiche geleitet (oder umgekehrt). Die getrennten Impulse werden elektronischen
Schaltmitteln zugeführt, welche entsprechend phasenverschoben Strom führen. Diese
phasenverschobene Stromführung dient dazu, mittels entsprechenden Spannungen an
Widerständen in den Anodenkreisen eine Kondensatorladung zu steuern. Da für eine
Entladung dieses Kondensators Sorge zu tragen ist, kann diese Entladung über einen
Widerstand und ein Meßinstrument geleitet werden.
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Wiederholt man die Messungen periodisch, so wird sich durch Ladung
und Entladung ein stationärer Zustand ausbilden, so daß ein Spannungs- oder Strommittelwert
als Maß für die Phasenverschiebung abgelesen werden kann.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem
zu ersehen ist, daß der Grundgedanke-der Erfindung keinen ruhenden Prüfling benötigt,
sondern eine stetige Vorbei führung am Meßort ermöglicht.
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In Fig. I wird ein Prüfling I, der beispielsweise geringe Ausdehnung
hat und in der Pfeilrichtung bewegt wird, durch ein optisches System 2 in eine Ebene
3 abgebildet. Das Abbild 1' erscheint beispielsweise auf einer nicht näher dargestellten
Projektionsfläche mehr oder weniger stark vergrößert.
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Mit 4 ist eine blendenförmige Öffnung bezeichnet, welche im wesentlichen
zur Maßstabdarstellung dient. Eine rotierende Blende 5 mit Spalt 6 projiziert sukzessive
einen Lichtstrahl in die Fotozelle 7, wobei die Aufeinanderfolge in Richtung der
zu erfassenden Breitenrichtung (mit Doppelpfeil 8 dargestellt) erstreckt wird. Wird
der Prüfling als dunkler Schatten abgebildet, so macht sich eine Messung' als Lichtschwankung
in der Weise bemerkbar, wie es Fig. 4 darstellt. Bei Überschreitung des Randes A
der Blende 4 nimmt die Helligkeit schlagartig zu, bleibt etwa konstant, bis die
Blende den Rand B des Prüflings I' überstreicht, bleibt entsprechend abgedunkelt,
bis der andere Rand C erreicht wird; wird wieder erhellt, bis der andere Rand D
der Blende 4 erreicht wird.
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Bei plötzlichen Helligkeitsänderungen in der Foto zelle bedeutet
das entsprechende Stromänderungen im fotoelektrischen Meßkreis. Leitet man diese
Stromänderungen über eine Drosseln enthaltende Schaltmittelanordnung oder über e'ineWiderstandskondensatoranordnung,
so erhält man eine Differenzierung des Stromverlaufes, d. h. richtungsabhängige
Impulse, wie sie Fig. 5 zeigt. Mit 80 ist in Fig. 2 schematisch eine solche elektrische
Differenziereinrichtung angedeutet. g stellt eine elektrische Weiche dar, welche
die Impulse in an sich bekannter Weise etwa durch Ventilschaltungen entsprechend
ihrer Richtung in die Verstärkerkanäle 10 bzw. II leitet.
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Fig. 3 zeigt nun die Arbeitsschaltung, in der die Darstellung der
Breite des Prüflings als elektrische Größe erfolgt. Zwei gittergesteuerte Entladungsgefäße
12 und I3, vorzugsweise der Doppelgitterbauart, sind kathodenseitig direkt und anodenseitig
über einen Kondensator 14 miteinander verbunden.
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Die Anodenspannung wird über ein Zeitrelais 15 mit Arbeitskontakt
I6 jeder Anode über Ventile 17, I8 und je einen Widerstand I9, 20 den Gefäßen I2
und I3 zugeführt. Als besonderer Punkt der Erfindung sei noch die im folgenden beschriebene
Vorbereitungsschaltung erwähnt. Diese besteht aus einem Entladungsgefäß 2I, das
beispielsweise als Kathodenverstärker geschaltet ist und dessen Kathode mit den
beiden Schirmgittern der Gefäße I2 und I3 verbunden ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung sei im folgenden näher
ausgeführt. Die rotierende Blende 5 bzw. der Spalt 6 (Rotation in Pfeilrichtung)
tastet zunächst über den Rand Ader Blende 4. Die Helligkeit, die vom fotoelektrischen
Empfänger 7 erfaßt wird, steigt sehr steil an, so daß in der Differenzierschaltung
80 ein Impuls entsteht. Diese Impulse werden etwa über die Weiche g dem Verstärkerkanal
10 zugeleitet. Der so verstärkte Impuls soll über die Leitung 22' dem Gitter der
Röhre 21 zugeführt werden. Diese Röhre, die ebenfalls an der Anodenspannung liegt,
wird daraufhin zünden. Die RC-Kombination im Stromkreis dieser Röhre bedingt jedoch
ein nicht allzu schnelles Anwachsen des Anodenstromes, so daß die Schirmgitter der
Röhren I2 und I3 nicht schlagartig von Kathoden- auf nahezu Anodenpotential angehoben
werden. Das hat den Sinn, daß der Impuls nach durchgeführter Zündung von 21 nicht
auch noch 12 zünden kann. Der nächste Impuls wird von der Differenziereinrichtung
8 dann geliefert, wenn die Anordnungen 5 und 6 den Rand B des Prüflings bzw. des
Bildes I' abtasten.
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Weil dabei jedoch im fotoelektrischen Empfänger 7 eine Helligkeitsabsenkung
erzeugt wurde, hat der Ausgangsimpuls eine andere Richtung und wird von der Weiche
g nunmehr dem Verstärkerkanal II und damit der Gitterzuleitung 23 zugeleitet. Dieser
Impuls wird nunmehr das Gefäß I3 zünden, so daß am Widerstand 20 ein bestimmter
Spannungsabfall entsteht. Dieser Spannungsabfall liegt, von nachlässigbaren Verlusten
abgesehen, am Kondenstator 14, der sich aufzuladen beginnt. Tastet die Anordnung
5 und 6 nunmehr den anderen Rand C des Prüflings ab, so bedeutet das wiederum eine
Helligkeitszunahme im fotoelektrischen Empfänger 7, und im weiteren einen von der
Differenziereinrichtung 8 gelieferten Impuls solcher Richtung, daß ihn die Weicheg
in den Verstärkerkanal I0 und in die Gitterzuleitung 22 führt. Da das Gefäß 21 schon
gezündet hat, kann dieser Impuls nur noch aufs das Gitter des Gefäßes 12 wirken
und wird dieses zünden. Damit wird der Anodenstrom
durch den Widerstand
19 eingeleitet. über die Widerstände 19 und 20 ist jedoch von diesem Zeitpunkt an
keine Spannung mehr vorhanden, wenn die Widerstände 19 und 20 gleich sind. Die Ladespannung
für den Kondensator 14 bricht also zu diesem Zeitpunkt zusammen. Da die Ladespannung
zwar einen festen Wert hatte, jedoch nur für einen solchen Zeitraum wirksam war,
der der Breitenabtastung des' - Prüflings I' entsprach, ist die Ladung, die der
Kondensator 14 aufgenommen hat, dieser Breite proportional. Ein Meßinstrument kann
direkt in Breitenwerten geeicht werden. Der letzte Impuls, der bei Überschreitung
des anderen Blendenrandes 4 entsteht, bleibt unwirksam, da alle drei Gefäße gezündet
haben. Das Zeitrelais öffnet nach einer bestimmten Zeit den Schalter I6 und unterbricht
dadurch den Stromfluß in allen drei Röhren. Die Ventile I7 und I8 verhindern eine
Entladung des Kondensators.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Anordnung
5 und 6 rasch rotieren oder hin und her bewegen zu lassen, so daß gewissermaßen
ständig neue Messungen erfolgen.
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Damit wird zunächst eine echte Mittelwertbildung zum Fehlerausgleich
erreicht. Sorgt man für eine Entladung des Kondensators 14 iiber einen Hochohmwiderstand,
so kann man diesen Entladestrom durch ein Instrument erfassen. Eine fortlaufende
Messung bedeutet nun, daß mit Ladung und Entladung des Kondensators I4 ein bestimmter
Gleichgewichtszustand hergestellt wird und ein bestimmter mittlerer Strom fließt.
Auch dieser Strommittelwert ist proportional der Breite des Prüflings 1', SO daß
das Instrument entsprechend geeicht werden kann. Dieser Strommittelwert hat zudem
noch den Vorteil, unabhängig von der Rotationsfrequenz der Anordnung 5 und 6 zu
sein.
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Man eflcennt, daß eine langsame Bewegung des Prüflings I bei gleichzeitig
schneller Bewegung der Anordnung 5 und 6 das Meßergebnis kaum verfälscht, so daß
fortlaufende Messungen beispielsweise Fabrikationskontrolle möglich wird. Bewegt
man die Anordnung 5 und 6 hin und her und mißt ebenfalls den Strommittelwert, so
hebt sich die Relativbewegung des Prüflings I im Mittel heraus.
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Die Eigenzeit des Relais 15 muß groß genug sein, daß sie nicht in
den Meßvorgang eingreift, jedoch klein genug, bis der nächste Meßvorgang erfolgt.