EP0201576B2 - Verfahren zur positionserfassung der bandkante einer materialbahn - Google Patents

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EP0201576B2
EP0201576B2 EP85905810A EP85905810A EP0201576B2 EP 0201576 B2 EP0201576 B2 EP 0201576B2 EP 85905810 A EP85905810 A EP 85905810A EP 85905810 A EP85905810 A EP 85905810A EP 0201576 B2 EP0201576 B2 EP 0201576B2
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Hans-Joachim Schrauwen
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ELMEG Elektro Mechanik GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/02—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs transversely
    • B65H23/0204—Sensing transverse register of web
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S367/00—Communications, electrical: acoustic wave systems and devices
    • Y10S367/902—Speed of sound compensation

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the position of the strip edge of a material web by means of an ultrasound detector arranged in the strip edge region and consisting of a transmitter and a receiver, the transmitter emitting individual pulses or wave packets consisting of individual pulses at a predetermined first time and the receiver emitting the individual pulse or that Wave packet receives and converted into an electrical signal or vibration packet.
  • the object of the invention is to further develop the above-mentioned and initially defined method for position detection of a strip edge in such a way that undesired reflecting waves certainly do not have any influence on the measurement result.
  • the object is achieved in that a predetermined sampling time period for the individual pulses received or the oscillation packet begins at a second point in time, which is after the first point in time by a period of time that is approximately equal to the transit time of the sound waves between the transmitter and the receiver individual pulses received in the sampling period or the oscillation packet are stored at a later point in time, the period between the end of the sampling period and the first point in time being shorter than a period which requires a reflection signal which originates from a signal which is emitted by the transmitter at the first point in time was emitted and reached the receiver via a detour, and that the pause time until the next individual pulse or wave packet was emitted is so long that the reflection interference signals of the previous individual pulse or wave packet have decayed.
  • the peak value that is determined in the sampling period of the oscillation range can be used particularly advantageously as the sample value.
  • the method thus works in such a way that a wave packet is first emitted by the ultrasound transmitter and received by the receiver, and converted into an electrical oscillation packet signal, and this when the scanning is not activated. Instead of a wave packet, individual pulses can also be used. Since the undesired reflection rays only reach the receiver at a later point in time, by evaluating or scanning the first area of the oscillation packet, in which no undesired superimpositions yet occur, a measured value can be obtained that represents the position of the band edge with great accuracy. If you limit the scanning range to a maximum of three to five periods, calculated from the beginning of the oscillation packet, the interference reflections will certainly be eliminated. The whole process is repeated cyclically and thus enables continuous monitoring or monitoring of the material web.
  • One arrangement for carrying out the method is that the transmitter is fed by a pulse train generator, that an activatable peak rectifier is connected to the receiver that emits an electrical signal, and that an activatable transmission circuit is connected downstream for transmitting the peak value to a memory.
  • a sequence control is provided which is acted upon by a pulse generator.
  • the same pulses are also fed to the pulse train generator.
  • the sequence control then ensures that a predetermined pulse sequence is sent out by the generator and the peak value rectifier is activated at a specific point in time for a specific sampling period, the peak value determined subsequently being fed to a memory via a transmission circuit.
  • the measurement can take place both in reflection and in the direct transmission method.
  • the transmitter and receiver are arranged on the same side of the material web at a certain angle, the beam reflected on the material web forming the measuring beam.
  • an ultrasonic transducer can be used alternately as a transmitter and receiver in a known manner.
  • the transmitter is on one side and the receiver on the other side of the material web, with sound waves of different energy reaching the receiver depending on the degree of coverage of the beam by the web.
  • Fig. 1, 1 schematically indicates the material web which is guided over rollers, not shown.
  • the transmitter 2 is located above the material web, while the receiver 3 is arranged below the material web.
  • the transmitter and receiver are arranged in the edge area of the material web, so that the sound beam is partially covered by the material web. Depending on the degree of coverage, more or less sound energy reaches the receiver, which represents a measure of the position of the band edge or the material web.
  • the reflection method not shown, can also be used.
  • the transmitter and receiver are arranged at a suitable angle on one side of the material web.
  • the sound beam emitted by the transmitter is reflected on the material web and then reaches the receiver.
  • rays reflected at other points also enter the receiver, which amplify or weaken the measuring beam and thus lead to a falsification of the measurement result.
  • the ultrasound transmitter 2 is fed by a pulse sequence generator 4, which emits a specific pulse sequence of a predetermined sequence frequency.
  • a pulse generator is used instead of the pulse train generator 4.
  • This electrical pulse sequence is converted in the transmitter into a sound wave packet, emitted and received as a sound wave packet by the receiver, the energy received being determined by the degree of coverage of the beam by the material web.
  • the sound waves are converted directly into electrical signals in the receiver, possibly amplified in an amplifier 5 and then fed to an activatable scanning device 6.
  • the scanning device 6 has a switch 7 which supplies the signals emitted by the amplifier 5 to the peak value rectifier 8.
  • the peak value rectifier 8 consists, for example, of the interconnection of a diode with a capacitor, as is shown symbolically. After the end of the sampling period, the switch 7 is opened and the value held in the peak value rectifier is fed to a memory by means of a transmission circuit 9.
  • the transition circuit 9 can consist, for example, of a switch 11 and a capacitor 10. By closing the switch 11, the charge is transferred from the peak value rectifier to the capacitor 10 and then fed via line 15 to a memory, not shown, for further processing.
  • the sequence control is acted upon by a pulse generator 13, which simultaneously delivers pulses to the pulse train generator 4.
  • the sequence control closes the switch 14 and activates the pulse train generator, which for example emits a pulse train with three pulses.
  • the transmitter 2 emits a wave packet with the same period.
  • the switch 14 is opened and the switch 7 is closed via the sequence control 12.
  • the time difference T2-T1 corresponds approximately to the transit time of the sound waves from the transmitter to the receiver.
  • the switch 7 remains closed so long that approximately three periods are detected by the scanning circuit 6.
  • switch 7 opens and the peak value rectifier maintains the peak value that occurs in the time range T3-T2.
  • switch 11 is closed and the peak value is transferred to a memory 10.
  • the peak rectifier is then reset to zero and the cycle begins again. This ensures that only the measurement signal is recorded during the sampling period and that no disturbing reflections that would occur at a later point in time influence the measurement value.

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionserfassung der Bandkante einer Materialbahn mittels eines im Bandkantenbereich angeordneten, aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Ultraschalldetektors, wobei der Sender Einzelimpulse oder aus Einzelimpulsen bestehende Wellenpakete zu einem vorgegebenen ersten Zeitpunkt abstrahlt und der Empfänger den Einzelimpuls oder das Wellenpaket empfängt und in ein elektrisches Signal oder Schwingungspaket umwandelt.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus der US-A-3 342 284 bekannt. Bei den bekannten Ultraschalldetektoren treten jedoch wesentliche Verfälschungen des Messsignals dadurch auf, dass der Empfänger nicht nur den Messstrahl empfängt, sondern auch reflektierende Strahlen, die nicht zum direkten Strahlengang gehören. Insbesondere wenn aufgrund der Höhenschwankungen des Bandes zwischen dem Empfänger und Sender die Reflexionssignale in ein harmonisches Verhältnis zur Wellenlänge des abgestrahlten Schalls gelangen, addieren oder subtrahieren sich diese Reflexionssignale je nach ihren Phasenlagen zu dem direkten Messsignal und führen damit zu einem verfälschten Messwert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorgenannte und eingangs definierte Verfahren zur Positionserfassung einer Bandkante dahingehend weiterzubilden, dass unerwünschte reflektierende Wellen mit Sicherheit keinen Einfluss auf das Messergebnis nehmen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine vorgegebene Abtastzeitspanne für die empfangenen Einzelimpulse oder das Schwingungspaket zu einem zweiten Zeitpunkt beginnt, der um eine Zeitspanne, die ungefähr gleich der Laufzeit der Schallwellen zwischen Sender und Empfänger ist, nach dem ersten Zeitpunkt liegt, dass die in der Abtastzeitspanne empfangenen Einzelimpulse oder das Schwingungspaket zu einem späteren Zeitpunkt gespeichert werden, wobei die Zeitspanne zwischen dem Ende der Abtastzeitspanne und dem ersten Zeitpunkt kürzer ist als eine Zeitspanne, die ein Reflexionssignal benötigt, das von einem Signal stammt, das vom Sender im ersten Zeitpunkt abgegeben wurde und über einen Umweg auf den Empfänger gelangt, und dass die Pausenzeit bis zur Abstrahlung des nächsten Einzelimpulses oder Wellenpaketes so gross ist, dass die Reflexionsstörsignale des vorhergehenden Einzelimpulses oder Wellenpaketes abgeklungen sind.
  • Als Abtastwert lässt sich besonders vorteilhaft der Spitzenwert verwenden, der in der Abtastperiode des Schwingungsbereichs ermittelt wird. Bei dem Verfahren wird also so gearbeitet, dass zunächst - und zwar bei nicht aktivierter Abtastung - ein Wellenpaket vom Ultraschallsender ausgestrahlt und vom Empfänger empfangen und in ein elektrisches Schwingungspaket-Signal umgewandelt wird. Anstelle eines Wellenpakets kann auch mit Einzelimpulsen gearbeitet werden. Da die unerwünschten Reflexionsstrahlen erst zu einem späteren Zeitpunkt in den Empfänger gelangen, kann man durch Auswertung bzw. Abtasten des ersten Bereichs des Schwingungspakets, in dem noch keine unerwünschten Überlagerungen auftreten, einen Messwert gewinnen, der die Lage der Bandkante mit grosser Genauigkeit repräsentiert. Begrenzt man den Abtastbereich, und zwar von Beginn des Schwingungspakets an gerechnet, auf höchstens drei bis fünf Perioden, so bleiben die Störreflexe mit Sicherheit eliminiert. Der ganze Vorgang wiederholt sich zyklisch und ermöglicht so eine fortlaufende Kontrolle bzw. Überwachung der Materialbahn.
  • Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, dass der Sender von einem Impulsfolgegenerator gespeist wird, dass dem ein elektrisches Signal abgebenden Empfänger ein aktivierbarer Spitzengleichrichter und diesem eine aktivierbare Übertragungsschaltung zur Übertragung des Spitzenwertes auf einen Speicher nachgeschaltet ist.
  • Um das Verfahren in einem vorgegebenen Zeitlauf zu steuern, ist eine Ablaufsteuerung vorgesehen, die von einem Impulsgenerator beaufschlagt wird. Die gleichen Impulse werden auch dem Impulsfolgegenerator zugeführt. Die Ablaufsteuerung sorgt dann dafür, dass eine vorgegebene Impulsfolge von dem Generator ausgesandt und der Spitzenwertgleichrichter zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine bestimmte Abtastperiode aktiviert wird, wobei der ermittelte Spitzenwert anschliessend über eine Übertragungsschaltung einem Speicher zugeführt wird.
  • Die Messung kann sowohl in Reflexion als auch im direkten Durchstrahlverfahren erfolgen. Im ersten Fall sind Sender und Empfänger auf der gleichen Seite der Materialbahn unter bestimmtem Winkel angeordnet, wobei der an der Materialbahn reflektierte Strahl den Messstrahl bildet. Alternativ dazu kann in bekannter Weise ein Ultraschall-Wandler wechselweise als Sender und Empfänger verwendet werden. Im Falle der Durchstrahlmethode befindet sich der Sender auf der einen Seite und der Empfänger auf der anderen Seite der Materialbahn, wobei je nach dem Abdeckungsgrad des Strahls durch die Bahn Schallwellen unterschiedlicher Energie in den Empfänger gelangen.
  • Das Wesen der Erfindung soll an einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1 die allgemeine Messanordnung mit einem Ultraschalldetektor,
    • Fig. 2 die schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung und
    • Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Verfahrensablaufs.
  • In Fig. 1 ist mit 1 schematisch die Materialbahn angedeutet, die über nicht dargestellte Rollen geführt wird. Oberhalb der Materialbahn befindet sich der Sender 2, während unterhalb der Materialbahn der Empfänger 3 angeordnet ist. Sender und Empfänger sind im Kantenbereich der Materialbahn angeordnet, so dass der Schallstrahl teilweise von der Materialbahn abgedeckt wird. Je nach dem Abdeckungsgrad gelangt mehr oder weniger Schallenergie in den Empfänger, die ein Mass für die Lage der Bandkante bzw. der Materialbahn repräsentiert. Anstelle des Durchstrahlverfahrens kann auch das nicht dargestellte Reflexionsverfahren angewendet werden. In diesem Fall sind Sender und Empfänger unter geeignetem Winkel auf der einen Seite der Materialbahn angeordnet. Der vom Sender abgegebene Schallstrahl wird auf der Materialbahn reflektiert und gelangt danach in den Empfänger. Wie bereits erwähnt, treten jedoch auch an anderer Stelle reflektierte Strahlen zusätzlich in den Empfänger ein, die den Messstrahl verstärken oder schwächen und somit zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen.
  • In Fig. 2 sind wieder die Materialbahn 1, der Sender 2 und der Empfänger 3 schematisch dargestellt. Der Ultraschallsender 2 wird von einem Impulsfolgegenerator 4 gespeist, der eine bestimmte Impulsfolge vorgegebener Folgefrequenz abgibt. Wie bereits erwähnt, lässt sich das Verfahren auch mit Einzelimpulsen durchführen. In diesem Fall wird anstelle des Impulsfolgegenerators 4 ein Impulsgenerator verwendet. Diese elektrische Impulsfolge wird im Sender in ein Schallwellenpaket umgewandelt, abgestrahlt und als Schallwellenpaket vom Empfänger empfangen, wobei die empfangene Energie vom Abdeckungsgrad des Strahls durch die Materialbahn bestimmt wird. Die Schallwellen werden im Empfänger direkt in elektrische Signale umgewandelt, gegebenenfalls in einem Verstärker 5 verstärkt und dann einer aktivierbaren Abtasteinrichtung 6 zugeführt. Die Abtasteinrichtung 6 weist einen Schalter 7 auf, der die vom Verstärker 5 abgegebenen Signale dem Spitzenwertgleichrichter 8 zuführt. Der Spitzenwertgleichrichter 8 besteht beispielsweise aus der Zusammenschaltung einer Diode mit einem Kondensator, wie es symbolisch dargestellt ist. Nach Beendigung der Abtastperiode wird der Schalter 7 geöffnet und der im Spitzenwertgleichrichter festgehaltene Wert mittels einer Übertragungsschaltung 9 einem Speicher zugeführt. Die Übergangsschaltung 9 kann beispielsweise aus einem Schalter 11 und einem Kondensator 10 bestehen. Durch Schliessen des Schalters 11 wird die Ladung aus dem Spitzenwertgleichrichter auf den Kondensator 10 übertragen und dann zur Weiterverarbeitung über die Leitung 15 einem nicht näher dargestellten Speicher zugeführt.
  • Zur Erläuterung des Funktionsablaufs wird Fig. 3 herangezogen. Die Ablaufsteuerung wird von einem Impulsgenerator 13 beaufschlagt, der gleichzeitig Impulse an den Impulsfolgegenerator 4 liefert. Zum Zeitpunkt T1 schliesst die Ablaufsteuerung den Schalter 14 und aktiviert den Impulsfolgegenerator, der beispielsweise eine Impulsfolge mit drei Impulsen abgibt. Demzufolge strahlt der Sender 2 ein Wellenpaket mit der gleichen Periodendauer ab. Zum Zeitpunkt T2 wird über die Ablaufsteuerung 12 der Schalter 14 geöffnet und der Schalter 7 geschlossen. Die Zeitdifferenz T2-T1 entspricht etwa der Laufzeit der Schallwellen vom Sender zum Empfänger. Der Schalter 7 bleibt so lange geschlossen, dass etwa drei Perioden von der Abtastschaltung 6 erfasst werden. Zum Zeitpunkt T3 öffnet der Schalter 7, und der Spitzenwertgleichrichter behält den Spitzenwert, der im Zeitbereich T3-T2 auftritt. Zum Zeitpunkt T4 wird der Schalter 11 geschlossen und der Spitzenwert auf einen Speicher 10 übertragen. Danach ist der Spitzenwertgleichrichter wieder auf Null gestellt, und der Zyklus beginnt von neuem. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass während der Abtastperiode nur das Messsignal erfasst wird und keine störenden Reflexionen, die zu einem späteren Zeitpunkt eintreffen würden, den Messwert beeinflussen.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Positionserfasung der Bandkante einer Materialbahn (1) mittels eines im Bandkantenbereich angeordneten, aus einem Sender (2) und einem Empfänger (3) bestehenden Ultraschall-Detektors, wobei der Sender (2) Einzelimpulse oder aus Einzelimpulsen bestehende Wellenpakete zu einem vorgegebenen ersten Zeitpunkt (T1) abstrahlt und der Empfänger (3) den Einzelimpuls oder das Wellenpaket empfängt und in ein elektrisches Signal oder Schwingungspaket umwandelt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine vorgegebene Abtastzeitspanne für die empfangenen Einzelimpulse oder das Schwingungspaket zu einem zweiten Zeitpunkt (T2) beginnt, der um eine Zeitspanne (T2 - T1), die ungefähr gleich der Laufzeit der Schallwellen zwischen Sender (2) und Empfänger (3) ist, nach dem ersten Zeitpunkt (T1) liegt, dass die in der Abtastzeitspanne empfangenen Einzelimpulse oder das Schwingungspaket zu einem späteren Zeitpunkt (T4) gespeichert werden, wobei die Zeitspanne (T3 - T1) zwischen dem Ende der Abtastzeitspanne (T3) und dem ersten Zeitpunkt (T1) kürzer ist als eine Zeitspanne, die ein Reflexionsstörsignal benötigt, das von einem Signal stammt, das vom Sender (2) im ersten Zeitpunkt abgegeben wurde und über einen Umweg auf den Empfänger gelangt, und dass die Pausenzeit bis zur Abstrahlung des nächsten Einzelimpulses oder Wellenpaketes so gross ist, dass die Reflexionsstörsignale des vorhergehenden Einzelimpulses oder Wellenpaketes abgeklungen sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Abtastwert in der Abtastperiode der Spitzenwert des abgetasteten Schwingungspaketbereiches ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastbereich die ersten drei bis fünf Perioden des Schwingungspakets erfasst.
  4. Anordnung zur Positionserfassung der Bandkante einer Materialbahn (1) mit einem im Bandkantenbereich angeordneten, aus einem Sender (2) und einem Empfänger (3) bestehenden Ultraschall-Detektor, wobei der Sender (2) aus Einzelimpulsen bestehende Wellenpakete zu einem ersten Zeitpunkt (T1) abstrahlt und der Empfänger (3) das Wellenpaket zu einem zweiten Zeitpunkt (T2) empfängt und in ein elektrisches Schwingungspaket umwandelt, ein begrenzter Bereich des Schwingungspakets während einer Zeitspanne (T3-T2) im Anschluss an den zweiten Zeitpunkt abgetastet und der Abtastwert zu einem späteren Zeitpunkt (T4) gespeichert wird, und wobei die Zeitspanne (T2-T1) zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt ungefähr gleich der Laufzeit der Schallwellen ist, die Zeitspanne (T3-T1) zwischen dem Ende der Abtastzeitspanne (T3-T2) und dem ersten Zeitpunkt (T1) kürzer ist als die Zeit, die ein Reflexionsstörsignal benötigt, das als Signal vom Sender im ersten Zeitpunkt (T1) abgegeben wurde und über einen Umweg auf den Empfänger gelangt, und die Pausenzeit bis zur Abstrahlung des nächsten Wellenpaketes so gross ist, dass die Reflexionsstörsignale des vorhergehenen Wellenpaketes abgeklungen sind, dadurch gekennzeichnet,
       dass der Sender (2) von einem Impulsfolgegenerator (4) gespeist wird und
       dass dem Empfänger (3) ein aktivierbarer Spitzenwertgleichrichter (6) und diesem eine aktivierbare Übergangschaltung (9) zur Übertragung des Spitzenwertes auf einen Speicher (10) nachgeschaltet sind.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulsgenerator (13) vorgesehen ist, der eine Ablaufsteuerung (12) und den Impulsfolgegenerator (4) beaufschlagt, dass die Ablaufsteuerung (12) des Impulsfolgegenerators (4) zur Erzeugung von Impulsfolgen veranlasst, den Spitzenwertgleichrichter (6) in der Abtastperiode aktiviert und anschliessend die Übertragungsschaltung (9) veranlasst, den Spitzenwert abzuspeichern.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (2) und Empfänger (3) auf der gleichen Seite der Materialbahn (1) angeordnet sind.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (2) und Empfänger (3) auf verschiedenen Seiten der Materialbahn angeordnet sind.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Ultraschall-Wandler als Sender und Empfänger unter einer entsprechenden Steuerung arbeitet.
EP85905810A 1984-11-17 1985-11-09 Verfahren zur positionserfassung der bandkante einer materialbahn Expired - Lifetime EP0201576B2 (de)

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DE19843442154 DE3442154A1 (de) 1984-11-17 1984-11-17 Verfahren zur positionserfassung der bandkante einer materialbahn
PCT/EP1985/000598 WO1986002913A1 (en) 1984-11-17 1985-11-09 Method for detecting the position of the band edge of a material sheet

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EP0201576B1 EP0201576B1 (de) 1989-01-18
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ID=6250608

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EP85905810A Expired - Lifetime EP0201576B2 (de) 1984-11-17 1985-11-09 Verfahren zur positionserfassung der bandkante einer materialbahn

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