KR20080107419A

KR20080107419A - 가동중인 웹의 인장응력 측정 방법

Info

Publication number: KR20080107419A
Application number: KR1020087022849A
Authority: KR
Inventors: 구돌프 웨버; 토비아스 하인; 프란크 뚜르너; 한스-리차드 세이볼드
Original assignee: 텍스마그 게엠베하 베르트리에브스게셀스차프트
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2008-12-10
Also published as: ATE442328T1; ES2332663T3; DE502006004817D1; EP1932791A1; JP2009531680A; TW200842094A; EP1932791B1; US20090288500A1; WO2008071436A1; PL1932791T3; US7895907B2; CN101400593A; KR101050560B1; CN101400593B; TWI366667B; CA2642378C; WO2008071436A8; CA2642378A1

Abstract

가동중인 웹의 인장응력 측정방법에 있어서, 포오스 센서(7)는 휘스톤 브릿지(11)의 형태로 연결된다. 증폭기(18)는 휘스톤 브릿지(11)의 대각선 전압(17)을 증폭시킨다. 적어도 하나 이상의 포오스 센서(7)에 결함이 있는 지를 점검하기 위하여, 휘스톤 브릿지(11)는 적어도 하나 이상의 스위치(24,25)에 의해 적어도 하나이상의 레지스터(26)와 연결될 수 있다. 부하가 있는 경우의 측정된 값과 부하가 없는 경우의 측정된 값을 비교함으로서 휘스톤 브릿지(11)의 포오스 센서(7)가 제대로 작동하는지를 판단한다. 제대로 작동하지 않으면, 유효 에러 신호(28)가 출력된다.(도 2 참조).

웹, 인장응력, 측정방법, 휘스톤 브릿지, 에러신호, 증폭기, 로딩레지스터

Description

가동중인 웹의 인장응력 측정 방법{Method for measuring the tensile stress of a running web}

본 발명은 청구항 제1항에 특정된 바와 같이, 가동중인 웹(web)의 인장응력을 측정하는 방법에 관한 것이다.

DE 101 18 887 C1에서는 가동중인 웹의 인장응력을 측정하는 장치를 소개하고 있는데, 이 장치에서는 웹을 구부리게 하는 롤에 가해지는 포오스를 측정한다. 이러한 목적으로 이러한 장치에는 스트레인 게이지(strain gauge) 형태의 포오스 센서(force sensor)가 부착된 2개의 이중 벤딩바(double bending bar)를 가지고 있다. 이 스트레인 게이지는 가능한 한 센서의 온도 의존성과 표류를 최소화시키기 위하여 휘스톤 브릿지 형태로 연결된다. 이 센서는 실제 현장에서 잘 작동됨이 증명되었고, 또한 본 발명의 시발점이 된다. 이러한 종래 센서의 단점은 예를 들어 파손이나 단락과 같이 스트레인 게이지에 문제가 발생하는 경우에는 전체 센서가 무의미한 값을 제공하고 이는 후속 장치에 의해 그에 상응하는 방법으로 해석된다. 만약에 센서가 예를 들어 웹 응력을 조절하는 장치의 제어 루프에 포함되어 있다면, 문제의 종류에 따라서 제어동작시 웹 응력을 완전히 제거하거나 가동중인 웹을 과도하게 잡아당길 수 있다. 심한 경우에는 웹이 더 이상 가해지는 응력을 견딜 수 없어 찢어지거나 또는 웹이 가해지는 응력이 부족하여 기계에 끼일 수 있다. 특히 제지기계의 순환 벨트를 제어할 경우에 이는 롤이 베어링으로부터 찢어져서 사람과 기계에 치명적인 손상을 입힐 수 있다.

본 발명은 처음에 언급된 형태의 가동중인 웹의 인장응력을 측정하는 방법을 제공함에 그 목적이 있는 것으로, 특히 측정방법은 전기적인 구성요소의 문제를 감지하고 그에 상응하는 방법으로 대처할 수 있는 방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

본 발명에 의하면, 청구항 제1항의 특징적인 수단에 의해서 이러한 목적을 달성할 수 있다.

청구항 제1항의 방법은 센서를 사용하여 가동중인 웹의 인장응력을 측정하는데 사용된다. 이 경우에는 웹이 본질적으로 폐쇄형 웹(closed web)이거나 또는 연속형 웹이거나 그 형태는 중요하지 않다. 가동중인 웹의 재질도 이 방법을 사용함에 있어 중요하지 않다. 센서는 적어도 하나 이상의 포오스 센서를 가지는 휘스톤 브릿지를 포함한다. 포오스 또는 기계적인 변형을 전기적인 신호로 변경할 수 있는 다양한 센서들이 포오스 센서로서 적합하다. 측정될 포오스의 작용에 의해 변형되어지는 이중 벤딩바와 같은 기계적인 구성요소에 위치하는 스트레인 게이지는 포오스 센서로서 바람직하다. 이 경우에 원칙적으로 휘스톤 브릿지의 오로지 하나의 저항이 포오스 센서의 형태로 설치되는 것만으로도 충분하다. 그러나, 휘스톤 브리지의 모든 저항들은 센서의 온도 의존성과 표류를 가능한 한 최소화하기 위해 포오스 센서의 형태로 설치되는 것이 바람직하다. 휘스톤 브릿지의 대각선 전압은 작용하는 포오스의 크기이다. 이 대각선 전압은 증폭기에 의해 증폭되는데, 이는 휘스톤 브릿지와 별개로 측정치에 오류를 일으키는 저항성 부하(resistive loads)를 유지하는 역할을 한다. 나아가 증폭기는 측정된 신호를 쉽게 처리할 수 있는 전압 범위로 만들기 위하여 전압을 증폭시킨다. 그러나, 이러한 절차는 반드시 필요한 것은 아니고, 특히 특정 포오스 센서의 선택에 따라 달라진다. 증폭기는 출력단에서, 고려될 필요가 있는 오프셋(offset)과 별개로, 측정된 인장응력에 비례하는 신호를 출력한다. 이하 인장응력신호로 호칭한다. 만약에 하나의 포오스 센서가 고장나면, 이는 문제의 원인에 따라서 단락 또는 휘스톤 브릿지 내에서의 단전의 결과를 가져온다. 어떠한 경우에도, 이는 인장 응력 신호를 크게 손상시켜서, 더 이상 표시 또는 제어 목적으로 사용될 수 없게 된다. 센서 내부에서의 이러한 에러를 발견하고 적당한 방법으로 그에 대응하기 위하여 인장 응력 신호 이외에도 에러 신호가 출력되어야 한다. 이 에러 신호는 정상 운전 중에는 활성화 되지 않다가 센서 내부에서 감지될 수 있는 에러가 발생하게 되면 활성화된다. 센서 내부에서의 에러를 감지하기 위하여, 가동중인 웹의 인장응력이 가해지는 동안에 휘스톤 브릿지는 적어도 하나이상의 간헐적으로 작동되는 스위치를 사용하여 적어도 하나이상의 로딩 레지스터와 연결된다. 이 로딩 레지스터는 정해진 방법으로 휘스톤 브릿지를 디튠(detune)하는데, 이 로딩 레지스터의 영향은 저항성 부하와 연결된 경우와 저항성 부하에 연결되지 않은 경우의 인장 응력 신호를 비교하여 판단할 수 있다. 이 테스트는 웹에 의해 포오스가 가해지는 센서의 운전 중에 행해져서, 상기 센서의 기능성이 실시간으로 측정되어진다. 부하가 걸린 전압 분배기의 포오스 센서 중의 하나에 내부 단락이 있는 경우에는 인장 응력 신호는 이 전압 분배기의 부하에 의해 변하지 않게 된다. 마찬가지로 로딩 레지스터와 직렬로 연결된 포오스 센서에 단전이 발생한 경우에도 마찬가지 현상이 일어난다. 만약에 로딩 레지스터와 병렬로 연결된 포오스 센서가 단전되면, 인장 응력 신호에 영향이 있고, 이는 센서가 작동하는 경우보다 2배 높게 된다. 부하에 대한 인장 응력 신호의 의존성은 센서가 제대로 작동하고 있는지 여부를 점검하는데 사용될 수 있다. 포오스 센서의 표류도 어느 정도의 범위 내에서는 감지될 수 있다. 테스트의 결과에 따라서 에러 신호는 활성화되거나 비활성화된다. 추가적인 이 에러 신호의 출력으로 디스플레이나 제어기와 같은 후속 구성요소는 측정 신호의 에러를 인식할 수 있게 된다. 유효 에러신호를 접하게 되면, 인장 응력 신호를 평가하는 후속 구성요소들은 더 이상 인장 응력 신호를 평가하지 않는 상태로 변하게 되어 사람이나 기계에 미칠 수 있는 피해를 방지한다.

특히 휘스톤 브릿지의 양 전압 분배기 지선(branch)이 적어도 하나이상의 포오스 센서를 가지고 있는 경우에는, 센서의 기능을 점검하기 위해서 오로지 하나의 전압 분배기의 부하 시험만으로는 부족하다. 이 경우에는 제2항에 기재된 바와 같이, 휘스톤 브릿지의 양 출력선이 적어도 하나이상의 스위치에 의하여 적어도 하나이상의 로딩 레지스터에 의해 부하가 걸리도록 하는 것이 바람직하다. 휘스톤 브릿지의 모든 능동소자들의 저항치가 점검될 수 있다. 만약에 휘스톤 브릿지내의 어느 하나의 능동소자에 문제가 있으면, 유효 에러 신호가 출력된다.

센서 내의 모든 문제점을 신뢰성 있게 감지하기 위해서는, 제3항에 기재된 바와 같이, 휘스톤 브릿지의 2개의 출력선에는 적어도 하나 이상의 로딩레지스터에 의거, 교대로 부하가 인가되도록 하는 것이 바람직하다. 이 결과, 2개의 포오스 센서가 동시에 문제가 있는경우에도 두 번의 부하시험을 실시함으로서 이를 감지할 수 있다.

가능한 한 의미있는 에러 분석을 하기 위해서는, 제4항에 기재된 바와 같이 휘스톤 브릿지에 부하가 있는 경우와 없는 경우의 인장 응력 신호 사이의 차이를 계산하고 이를 하한치와 비교하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 하한치에 미달이면 에러 신호가 출력된다. 이는 센서에서 거의 대부분의 에러의 원인을 감지하고 적당한 방법으로 대응하는 것을 가능하게 한다. 특히, 휘스톤 브릿지의 내부에서 포오스 센서의 단락이 있으면, 부하가 있거나 없거나 대각선 전압에는 변화가 없게 된다. 이는 상당히 신뢰성 있는 방법으로 포오스 센서의 단락을 감지하는 것을 가능하게 한다. 만약에 포오스 센서가 로딩 레지스터와 직렬로 연결되어 있으면, 이는 포오스 센서에서 단전을 신뢰성있게 감지하는 것을 가능하게 한다. 이 경우 또한, 휘스톤 브릿지에 부하를 연결하는 것은 부하가 없는 경우와 비교하여 대각선 전압에 있어서 어떠한 차이도 발생시키지 못한다. 반대로, 휘스톤 브릿지가 제대로 기능하고 있다면, 브릿지 대칭은 부하가 걸리면 깨지게 되고, 이는 결과적으로 대각선 전압을 변하게 한다. 이 변화는 로딩 레지스터의 저항치에 대한 휘스톤 브릿지의 저항치의 비에 의존하게 되고, 따라서 이는 알려진 변수가 된다.

제5항에서의 수치범위는 적당한 인장 응력 신호의 하한치이다. 하한치(U)는 아래식 값의 0.05 내지 0.5배이다.

U_WVR_K / (R_K + R_S)

여기서, U_W는 휘스톤 브릿지(11)의 공급전압, V는 게인 팩터, R_S는 로딩 레지스트의 저항, R_K는 포오스 센서(7)의 저항이다.

이 수치범위의 상한은 어떠한 경우에도 이를 초과해서는 안되는데, 그렇지 않으면 올바르게 작동하는 휘스톤 브릿지가 고장난 것으로 감지될 수 있기 때문이다. 하한치는 휘스톤 브릿지의 대각선 전압의 만족스러운 신호 대 잡음비에 도달하기 위하여 설정된다. 그렇지 않으면, 오로지 잡음 때문에 손상된 휘스톤 브릿지가 정상적으로 작동하는 것으로 판단될 위험이 있다.

휘스톤 브릿지의 모든 가능한 손상을 신뢰성 있게 감지할 수 있도록 하기 위하여 제6항에 기재된 바와 같이, 휘스톤 브릿지의 부하가 있는 경우의 인장응력신호와 부하가 없는 경우의 인장응력신호사이의 차이가 상한치와 비교된다. 유효 에러 신호는 상한치를 초과하는 경우에 출력된다. 그러므로 부하에 대한 대각선 전압의 과도한 의존에 의거 나타나게 되는 추가적인 에러는 감지될 수 있다. 예를들어, 직접적으로 부하가 걸리게 되는 포오스 센서의 단전은 이러한 방법으로 감지될 수 있다. 이 단전은 부하시의 대각선 전압의 의존성을 2배로 증가시키는데, 이는 그에 상응하는 한계치와 비교함으로서 간단하게 체크될 수 있다. 나아가, 매우 있을 것 같지 않은 결합이지만, 2개의 포오스 센서가 동시에 손상을 입은 경우에도 이러한 방법으로 신뢰성 있게 감지될 수 있다. 만약에 2개의 포오스 센서에 단락이 발생하면, 휘스톤 브릿지의 공급전압이 파손되어서 대각선 전압은 0이 된다. 그러나, 만약에 양 포오스 센서에 단전이 있으면, 오로지 증폭기에 의해 결정되어지고 점차적으로 동작 전압의 절반에 근접하게 되는 입력 전압은 부하가 없는 경우로 설정된다. 그러나, 로딩 레지스터에 의한 부하는 입력전압을 접지전위로 끌어당겨서 동작 전압의 절반의 전압 변동을 초래하게 된다. 이는 부하가 있는 경우와 없는 경우의 인장 응력 신호를 상한치와 비교함으로서 판단할 수 있다.

휘스톤 브릿지 내의 모든 발생할 수 있는 문제를 신뢰성 있게 감지하기 위하여, 제7항에 기재된 수치가 상한치로서 가장 바람직하다. 즉, 상한치(O)는 0.5UW와 아래의 식값보다 적은 것이 바람직하다.

U_WVR_K / (R_K + R_S)

휘스톤 브릿지에 부하를 걸면 후단을 디튠하여, 그 결과 측정치에는 그에 상응하는 에러가 있게되낟. 디튠된 휘스톤 브릿지의 측정치가 후속 구성요소에 전달되는 것을 방지하기 위하여, 제8항에 기재된 바와 같이, 스위치가 열린 상태에서의 측정 사이클에서 측정된 인장응력값만을 센서가 출력하게 하는 것이 바람직하다. 다수의 스위치가 사용될 때에는 모든 스위치가 열린 상태여야 한다. 휘스톤 브릿지가 실제로 부하가 걸리지 않은 경우에만 측정값이 후속 구성요소에 전달되게 한다. 그러므로, 휘스톤 브릿지에 부하가 걸린 상태에서의 측정값은 에러 신호를 결정하기 위하여 단지 내부적으로만 사용된다.

잘못된 측정을 방지하기 위하여, 제9항에 기재된 바와 같이, 스위치의 상태를 센서의 측정 사이클과 동기화시키는 것이 바람직하다. 이는 스위치의 상태가 전체 측정 사이클동안에 변하지 않고, 그 결과 각각의 측정 사이클은 미리 정해진 스위치의 상태에서 이루어진다.

제10항에 기재된 바와 같은 갱신 사이클을 사용하는 것이 바람직하다. 이 갱신 사이클은 다수의 센서의 측정 사이클을 포함하고 있으며, 이들은 주기적으로 반복된다. 이 경우에 스위치가 닫힌 상태에서의 적어도 하나 이상의 측정 사이클과 스위치가 열린 상태에서의 적어도 하나 이상의 측정 사이클이 각각의 갱신 사이클에 포함된다. 측정된 값은 주기적으로 출력되고 모든 센서는 또한 주기적으로 테스트된다.

휘스톤 브릿지의 양 전압 분배기를 테스트할 경우, 제11항에 기재된 바와 같이, 각각의 갱신 사이클은 휘스톤 브릿지의 첫 번째 출력선의 스위치가 닫혀있는 상태에서의 적어도 하나이상의 측정 사이클과 휘스톤 브릿지의 두 번째 출력선이 스위치가 닫힌 상태에서의 적어도 하나이상의 측정 사이클을 포함한다. 이는 휘스톤 브릿지가 각각의 갱신 사이클내에서 완전히 테스트되고, 휘스톤 브릿지에 부하가 걸리지 않은 경우에 적어도 하나 이상의 인장응력의 측정치가 발생하도록 하기 위함이다.

특히, 센서의 제어공학분야에서는 센서의 짧은 반응 시간은 매우 중요하다. 이에 매 세 번째 측정 사이클 동안에만 측정된 값을 출력하는 것은 명확한 제어를 보증하기에 충분하지 않은 경우가 종종 있다. 제12항에 기재된 바와 같이, 각각의 갱신 사이클에서 스위치가 열리고 나서 닫히는 측정 사이클이 추가로 제공되어지는 것이 바람직하다. 그러므로, 센서는 원칙적으로 이 사이클의 중간에는 유용한 측정결과를 발생시키고, 센서는 특별하게 미리 설정된 기간에 내부적으로 테스트 되며, 그 결과 인장 응력 신호를 발생시키기 위한 분리된 측정 사이클이 생략된다. 당연히 이 생략을 연결시키기 위하여 마지막으로 발생된 측정값은 저장되고, 후속 구성요소에 제공될 수 있다.

웹 응력을 제어하기 위하여, 제13항에 기재된 바와 같이, 센서에 의한 인장 응력 신호는 제어하는 동안에 실제 수치로서 사용하는 것이 바람직하다. 반대로 제어 운전은 미리 설정되어 있지 않거나 심지어는 파괴적인 반응을 방지하기 위하여 유효 에러 신호가 발생한 경우에는 제한된다.

휘스톤 브릿지에 부하를 걸면 후속 증폭기와 아날로그/디지털 변환기에 의해 처리되어지는 대각선 전압에 추가적인 전압 변동을 일으킨다. 이는 아나로그/디지털 변환기가 비트 폭의 일부를 부하실험에 사용하는 결과를 초래한다. 웨스톤 브릿지에 약하게 부하가 걸린 경우에는 중요하지 않다. 그러나 휘스톤 브릿지의 기능성 테스트에서는 상당한 정도로 간섭을 받게 된다. 증폭기와 아나로그/디지털 변환기의 전체 동작범위(dynamic range)에 대해 높은 수준의 의미있는 기능성 테스트를 하고자 한다면, 제14항에 기재된 바와 같이, 휘스톤 브릿지의 공급 전압은 휘스톤 브릿지에 부하가 걸릴때 변하게 하는 것이 바람직하다. 공급 전압의 변경은 부하에 의한 효과를 상쇄할 수 있는 방법으로 선택될 수 있다. 휘스톤 브릿지에서 부하가 걸린 경우와 걸리지 않은 경우에 거의 동일한 대각선 전압을 발생시킬 수 있도록 공급전압을 선택하는 것이 바람직하다. 증폭기와 아나로그/디지털 변환기의 전체 동작범위는 측정을 위해 사용될 수 있다. 휘스톤 브릿지의 결함은 아나로그/디지털 변환기에 의해 감지되는 대각선 전압을 변화시킨다. 결과적으로 후자는 간단한 방법으로도 감지될 수 있는 오버플러우(overflow)로 변하게 된다. 이러한 목적으로는 오로지 예/아니오 결정 형태의 기능성이 필요하므로, 전압변동을 정확하게 측정할 필요는 없다.

특히 신뢰성 있는 시스템을 구축하기 위하여, 제15항에 기재된 바와 같이, 적어도 2개이상의 휘스톤 브릿지들을 포함하는 것이 바람직하다. 이 휘스톤 브릿지 각각은 증폭기와 아나로그/디지털 변화기를 사용하여 평가되어지는 대각선 전압을 제공한다. 이 경우에 양 휘스톤 브릿지는 위에서 언급된 방법으로 모니터링 된다. 휘스톤 브릿지들 중에서 하나가 에러 신호를 발생시키는 경우에는 다른 휘스톤 브릿지는 인장 응력 신호를 발생시킨다. 2개 이상의 휘스톤 브릿지가 있는 경우에도 동일한 원리가 적용될 수 있다. 이 경우에, 좀 더 향상된 정확성을 위하여 각각의 휘스톤 브릿지는 바람직하게는 우선 순위가 정해지거나 또는 그들의 인장응력신호는 평균을 얻는다. 이 경우에 유효 에러 신호를 나타내는 휘스톤 브릿지는 계산에서 제외된다.

도 1은 가동중인 웹의 포오스 측정 롤의 단면도,

도 2는 센서의 개략도,

도 3은 도 2에서의 센서의 작동을 설명하는 흐름도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

1 : 포오스 측정 롤

2 : 웹

3 : 포오스

4 : 고정부

5 : 이중 벤딩바

6 : 축

7 : 포오스 센서

8 : 롤링 베어링

9 : 쉘

10 : 센서

11 : 휘스톤 브릿지

12 : 전압 분배기

13 : 전압 분배기

14 : 공급전압

14‘ : 전환스위치

15 : 출력선

16 : 출력선

17 : 대각선 전압

18 : 증폭기

19 : 아날로그/디지털 변환기

20 : 버스

21 : 프로세서

22 : 제어선

23 : 제어선

24 : 스위치

25 : 스위치

26 : 로딩 레지스터

27 : 인장응력신호

28 : 에러신호

29 : 핸드쉐이크 신호

30 : 제어출력

31 : 제어출력

32 : 초기화단계

33 : 갱신 사이클

34 : 무부하 측정 사이클

35 : 부하 측정 사이클

36 : 부하 측정 사이클

37 : 비교 단계

본 발명의 중요사항은 발명에 의한 보호범위를 제한함이 없이 도면을 이용한 실시예에 의해 설명되었다.

본 발명의 추가적인 장점과 특징은 본 발명이 실시예를 도시한 도면을 참조하면서 아래의 상세한 설명에 기술되어 있다. 그러나, 도면은 본 발명을 도시할 목적으로 단순히 제시된 것으로서 이는 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것이 아니다.

도 1은 웹(2)이 구부러진 곳에 위치하는 포오스 측정 롤(1)의 단면도이다. 이 경우에 웹(2)은 포오스 측정 롤(1)에 포오스(3)을 가하는데, 이는 웹(2)의 인장 응력과 포오스 측정 롤(1)을 둘러싼 랩앵글(wrap angle)에 따라 달라진다. 그러므로, 웹(2)의 인장응력을 측정하기 위해서는 이미 알려진 랩앵글에서의 포오스 측정 롤(1)에 가해지는 포오스를 측정하는 것으로서도 충분하다.

포오스 측정 롤(1)은 이중 벤딩바(5)에 의해 기계축(6)에 연결된 고정부(4)를 가지고 있다. 이중 벤딩바(5)는 포오스(3)에 의해 포오스 측정 롤(1)에 가해지는 부하에 따라서 S자 형태가 좀 더 크거나 작게 변형된다. 바람직하게는 스트레인 게이지로 구성된 포오스 센서(7)는 이중 벤딩바(5)에 설치되어 있다. 이들 포오스 센서들은 원칙적으로 굽혔을 때 그들의 저항값이 변하는 비리액턴스성 레지스터(NON REACTIVE RESISTOR)이다. 이 경우에 포오스 센서(7)는 이중 벤딩바(5)의 곡률이 최대가 되는 이중 벤딩바(5)의 말단에 설치된다. 고정부(4)는 롤링 베어링(8)에 의해 포오스 측정 롤(1)의 외부를 형성하는 쉘(9)에 연결된다. 쉘(9)은 웹(2)과 바로 접하게 된다.

도 2는 포오스 측정 롤(1)에 가해지는 포오스를 감지하여 웹(2)의 인장응력을 간접적으로 감지하는 센서(10)의 기본 회로도이다. 센서(10)는 2개의 전압 분배기(12,13)로 구성된 휘스톤 브릿지(11)를 가지고 있다. 이 경우에 전압 분배기(12,13)는 이중 벤딩바(5)에 결합된 포오스 센서(7)로 구성되어 있다. 휘스톤 브릿지(11)를 형성하도록 연결된 4개의 포오스 센서(7)를 사용함으로서 포오스 센서(7)의 온도를 보상하는 장점이 있다. 나아가, 이는 포오스 센서(7)의 표류(drift)를 원천적으로 제거할 수 있다.

휘스톤 브릿지(11)는 전환스위치(14‘)에 의해 안정적이면서도 노이즈가 적은 공급 전압(14)에 선택적으로 연결될 수 있다. 대각선 전압(17)을 사이에 둔 2개의 출력선(15,16)이 휘스톤 브릿지(11)로부터 인출된다. 이 대각선 전압(17)은 포오스 센서(7)로부터 얻어지는 실제 측정 신호이다. 이 출력선(15,16)은 차등증폭기 형태의 증폭기(18)에 연결된다. 증폭기(18)는 가능한 한 휘스톤 브릿지에 부하가 걸리는 것을 방지하기 위하여 높은 임피던스 입력을 갖는다. 나아가, 증폭기(18)는 간단한 방법으로 대각선 전압(17)을 측정할 수 있도록 하기 위하여 게인 팩터(gain factor)에 의해 대각선 전압(17)을 증폭시킬 수 있다.

증폭기(18)의 출력은 증폭기(18)로부터의 출력신호를 사용하여 상기 출력신호에 비례하는 디지털 신호를 발생시키는 아나로그/디지털 변환기(19)에 연결된다. 이 디지털 신호는 버스(20)에 의해 프로세서(21)로 공급되어 처리된다. 프로세서(21)는 제어선(22)을 아나로그/디지털 컨버터(19)에서의 측정 사이클을 개시하기 위하여 사용할 수 있다. 응답으로서, 프로세서(21)는 아나로그/디지털 컨버터(19)의 측정 사이클이 끝나서 새로운 데이터 위드가 버스(20)에 존재한다는 정보를 신호선(23)을 통하여 수신한다.

포오스 센서(7)가 여전히 제대로 기능을 수행하고 휘스톤 브릿지(11)가 의미있는 값을 발생시키는지 여부를 판단하기 위하여, 2개의 출력선(15,16)은 스위치(24,25) 에 의하여 로딩 레지스터(26)와 연결될 수 있다. 이 로딩 레지스터(26)는 휘스톤 브릿지(11)의 한 쪽을 디튠(DETUNE)하게 되고, 그리하여 대각선 전압(17)으로 미리 설정된 변경값이 예상될 수 있다. 버스(20)는 증폭기(18)와 아나로그/디지털 변환기(19)를 거친 대각선 전압의 변화값을 적당한 수학적인 연산을 수행하는 프로세서(21)에 전달한다. 이러한 경우, 휘스톤 브릿지(11)에 부하가 걸리지 않은 경우에 버스(20)의 값에 상응하는 인장 응력 신호(27)이외에 에러 신호(28)가 출력된다. 유효 에러 신호(28)는 웨스톤 브릿지(11)에 결함이 있고 인장응력신호(27)는 사용될 수 없다는 것을 의미한다. 나아가, 프로세서(21)는 프로세서(21)의 데이터 출력과 후속 구성요소를 동기화시키기 위하여 후속 구성요소에 핸드세이크 신호(handshake signal)(29)를 보낸다.

프로세서(21)는 2개의 스위치(24,25)를 작동시키기 위해서 제어 출력(30,31)을 가지고 있다. 여기서 스위치(24,25)는 오로지 테스트 중에만 닫히되, 선택적으로만 닫히면서 동시에 닫히지 않는다. 2개의 스위치(24,25)는 새로운 인장 응력 신호(27)를 생성하고자 하는 정상적인 측정 동작 중에는 열려 있게 된다.

나아가 프로세서(21)는 테스트 사이클 동안에 휘스톤 브릿지의 공급전압(14)을 전환할 수 있다. 이 전환은 대각선 전압(17)에 있어서의 비례적인 변화를 일으키고, 이는 부하에 기인한 전압 변동을 작게 만들 수 있다. 부하를 정확하게 상쇄할 수 있도록 휘스톤 브릿지(11)의 공급전압을 변경하는 것도 생각할 수 있다. 이 경우에 휘스톤 브릿지(11)가 제대로 기능한다면, 대각선 전압(17)은 부하에 의해서는 변하 지 않을 것이다. 그러나, 휘스톤 브릿지가 손상된다면, 대각선 전압(17)의 특유의 전압 변동이 나타난다.

도 3은 프로세서(21)의 동작을 설명하는 흐름도이다. 초기화단계(32)에서는 2개의 스위치(24,25)가 열리고 에러 신호(28)는 활성화된다. 이는 출력(28)에 뜻하지 않게 인가되는 수치값이 측정치로서 사용되는 것을 방지하기 위함이다.

갱신 사이클(33)을 정의하는 루프가 초기화단계(32)에 이어 수행된다. 이 갱신 사이클(33)은 초기화단계(32)의 다음으로 원하는 수 많큼 주기적으로 반복된다.

갱신 사이클(33)에서 먼저 스위치(25)가 열리고 측정 사이클(34)이 시작된다. 이 경우에 측정은 휘스톤 브릿지(11)에 부하가 걸리지 않은 상태에서 행해진다. 측정 사이클에서 얻은 데이터 값은 변수(Z₀)에 저장된다. 도 3의 변형예로서, 다수의 측정 사이클(34)이 연속적으로 수행될 수 있고, 에러 신호(28)가 비활성화되었다면 측정결과들이 출력될 수 있다.

다음으로 스위치(24)가 닫히고, 그에 따라 휘스톤 브릿지(11)의 출력선(15)에는 로딩 레지스터(26)에 의해 부하가 걸린다. 이로서 새로운 측정 사이클(35)가 시작되고, 아나로그/디지털 변환기(19)의 측정값은 프로세서(21)에서 결정되어 변수(Z₁)에 저장된다. 수치들(Z₀,Z₁)사이의 차이의 절대값이 계산되어 변수(F₁)에 저장된다. 도 3의 변형예로서, 스위치(24,25)가 열린 상태에서의 다수의 측정 사이클(34)가 계속되고, 측정값은 에러신호가 비활성화된 경우에만 출력된다.

후속단계로서, 2개의 스위치(24,25)의 상태는 서로 바뀌고, 이로서 휘스톤 브릿지의 출력선(16)에는 로딩 레지스터(26)에 의해 부하가 걸리게 된다. 다음으로 후속적인 측정 사이클(36)이 시작된다. 아나로그/디지털 변환기(19)에 의해 정해진 값은 다시 변수(Z₁)에 저장된다. 변수들(Z₀,Z₁) 차이의 절대값이 다시 계산되어서 변수(F₂)에 저장된다. 그러므로 변수들(F₁,F₂)은 휘스톤 브릿지(11)가 사용된 2가지의 부하에 의해 영향을 받는 정도를 측정한 것이다.

후속의 비교단계(37)에서는 변수(F₁,F₂)는 미리 설정된 하한치(U)와 상한치(O)와 비교된다. 양 변수(F₁,F₂)가 상한치(U)와 하한치(O)에 의해 정해진 범위내에 있을 때에만 센서(10)가 기능을 수행하는 것으로 해석되고, 수치(Z₀)는 출력이 된다. 수치(Z₀)는 휘스톤 브릿지에 부하가 걸리지 않은 경우의 측정치를 포함한다. 나아가 에러 신호(28)는 출력된 측정값이 믿을 만하다는 것을 후속 구성요소에 알리기 위하여 리셋된다.

본 발명의 일부 실시예는 도시되어지거나 설명되어 있지 않으므로, 청구항에 기재된 발명의 보호범위와 본 발명의 기본적인 사상의 범위내에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다양한 변화와 변경이 가능하다.

본 발명에 의해 운전 중인 웹의 인장응력을 측정하는 방법이 제공되고, 또한 이로서 전기적인 구성요소의 문제를 감지하고 그에 상응하는 방법으로 대처할 수 있다.

Claims

가동중인 웹의 인장응력에 의해 영향을 받는 적어도 하나이상의 포오스 센서(7)를 포함하는 적어도 하나이상의 휘스톤 브릿지(11)를 가지고 있는 적어도 하나이상의 센서(10)와 인장 응력 신호(Z₀)를 출력하는 증폭기(18)에 의해 증폭되어지는 적어도 하나이상 휘스톤 브릿지(11)의 대각선 전압(17)을 사용한 가동중인 웹(2)의 인장응력 측정방법에 있어서,

상기 적어도 하나이상의 휘스톤 브릿지(11)는 가동중인 웹(2)의 인장 응력이 작용하는 동안에 적어도 하나이상의 간헐적으로 동작되는 스위치(24,25)를 사용하여 적어도 하나이상의 로딩 레지스터(26)와 주기적으로 연결되고, 적어도 하나이상의 센서(10)의 기능은 부하에 의해 영향을 받는 인장응력신호(Z1)의 정도로부터 판단되어지고 에러 신호(28)의 형태로 출력되어지는 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제1항에 있어서, 상기 휘스톤 브릿지(11)의 양 출력선들(15,16)은 적어도 하나이상의 스위치(24,25)에 의해 적어도 하나이상의 로딩 레지스터(26)와 연결되는 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제2항에 있어서, 휘스톤 브릿지(11)의 출력선들(15,16)은 적어도 하나이상의 로딩 레지스터(26)와 교대로 연결되는 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 휘스톤 브릿지(11)에 부하가 있는 경우와 없는 경우의 인장응력신호(Z₀,Z₁) 사이의 차이(F₁,F₂)가 계산되어져서 하한치(U)와 비교되어지고, 하한치에 도달하지 못한 때에 유효 에러 신호(28)가 출력되는 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제4항에 있어서, 하한치(U)가 아래식 값의 0.05 내지 0.5배인 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.

U_WVR_K / (R_K + R_S)

여기서, U_W는 휘스톤 브릿지(11)의 공급전압, V는 게인 팩터, R_S는 로딩 레지스트의 저항, R_K는 포오스 센서(7)의 저항이다.
제4항에 있어서, 차이(F₁,F₂)는 상한치(O)와 비교되어지고, 상한치를 초과하는 경우에는 유효 에러 신호(28)가 출력되는 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제6항에 있어서, 상한치(O)는 0.5UW와 아래의 식값보다 적은 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.

U_WVR_K / (R_K + R_S)

여기서, U_W는 휘스톤 브릿지(11)의 공급전압, V는 게인 팩터, R_S는 로딩 레지스트의 저항, R_K는 포오스 센서(7)의 저항이다.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 센서(10)는 적어도 하나이상의 스위치(24,25)가 열린 경우의 측정사이클(34)에서만 인장응력 측정치(Z₀)를 출력하는 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 적어도 어느 하나의 스위치(24,25)의 상태가 센서(10)의 측정사이클(34,35,36)과 동기화되는 것을 특징으로 하는 가 동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제9항에 있어서, 갱신 사이클(33)은 다수의 측정사이클(34,35,36)을 포함하고 있으며, 각각의 갱신 사이클(33)은 스위치(24,25)가 닫힌 상태에서의 적어도 하나이상의 측정 사이클(35,36)과 스위치(24,25)가 열린 상태에서의 적어도 하나이상의 측정 사이클(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제10항에 있어서, 각각의 갱신 사이클(33)은 휘스톤 브릿지의 첫 번째 출력선(15)의 스위치(24)가 닫혀 있는 적어도 하나이상의 측정 사이클(35)과 휘스톤 브릿지(11)의 두 번째 출력선(16)의 스위치(25)가 닫혀 있는 적어도 하나이상의 측정 사이클(36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제10항에 있어서, 각각의 갱신 사이클(33)은 스위치(24,25)가 열린 다음에 스위치(24,25)가 닫히는 추가적인 측정 사이클(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 센서(10)에 의한 인장 응력 신호(27) 출력은 실제 측정값으로 사용되어지고, 제어 운전은 유효 에러 신호(28) 에 의해 제한되는 방법으로 웹 응력이 제어되는 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제 1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 휘스톤 브릿지(11)의 공급전압(14)이 휘스톤 브릿지에 부하가 있는 경우에 변하는 것을 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 적어도 2개 이상의 휘스톤 브릿지(11)가 제공되어지고, 상기 휘스톤 브릿지(11)들 중에서 어느 하나가 에러 신호(28)를, 적어도 하나이상의 다른 휘스톤 브릿지(11)들은 인장응력신호(Z₀)를 발생시키는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 가동중인 웹의 인장응력 측정방법.