DE1084035B

DE1084035B - Verfahren und Geraet zur Feststellung der Breite oder Breitenschwankungen eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE1084035B
Application number: DEA31792A
Authority: DE
Inventors: Jonas Waldemar Ask
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-10-20
Filing date: 1959-04-11
Publication date: 1960-06-23

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Gerät zur Feststellung der Breite oder Breitenschwankungen eines Gegenstandes, z. B. eines band-, streifen- oder drahtförmigen und sich gegebenenfalls bewegenden Gegenstandes, wie eines in einem Bandwalzwerk hergestellten Stahlbandes, wobei neben dem einen Längsrand des Gegenstandes optisch ein Bild des anderen Längsrandes erzeugt wird, und zwar derart, daß zwischen dem erstgenannten Rand und der optisch erzeugten Abbildung des anderen Randes ein Spalt gebildet wird, dessen Breite von der Breite des Gegenstandes abhängig ist, aber von einer seitlichen Bewegung des Gegenstandes völlig unabhängig ist.

Es sind bereits Verfahren zu berührungslosen Breitenmessungen für Stahl- und Metallbänder mit sichtbarer Eigenstrahlung bekannt. Bei diesen Verfahren werden zweiseitig verschiebbare fotoelektrische Kantenabtastsysteme verwendet. Sc werden beispielsweise als fotoelektrische Kantenabtastsysteme intensitätswahrnehmende Fotozellen benutzt, die beim Wechsei an den Kanten des Bandes von Dunkel zu Hell oder umgekehrt über elektrische Steuerungsorgane den Drehsinn eines Stellmotors einer Spindel verändern, wodurch Anzeigegeräte gesteuert werden.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Kontrolle der Breite von bandförmigen bewegten Gütern mit Hilfe einer Fernsehaufnahmeeinrichtung bekannt. Es ist weiterhin bekannt, die Breite von streifenförmigen Materialien durch Lichtstrahlen abzutasten, wobei diese Lichtstrahlen durch den Rand des bewegten Gegenstandes begrenzt werden und auf Fotozellen fallen. Es ist zu beiden Seiten des Bandes je eine Fotozelle angeordnet, und die Ausgänge dieser Fotozelle steuern eine Anzeigevorrichtung.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren beruht nun auf dem Grundsatz, daß man an einem Rand eines Gegenstandes, dessen Breite zu messen oder nachzuprüfen ist, optisch ein seitenrichtiges Bild des entgegengesetzten Randes des Gegenstandes in der Weise erzeugt, daß zwischen diesem letztgenannten Bild und dem wirklichen Rand ein Spalt erzeugt. Die durch diesen Spalt hindurchgehende Lichtmenge wird gemessen. Es wird ein optisches System mit feststehenden Gliedern verwendet. Die Breite des Lichtstrahles variiert entgegengesetzt zur Breitenvariation des zu messenden Gegenstandes, und dieser Lichtstrahl wird alternativ mit einem anderen Lichtstrahl verwendet, um eine Fotozelle zu erregen. Der Ausgang der Fotozelle wird wiederum verwendet, um eine Blende zu steuern, die sich im zweiten Lichtstrahl befindet. Durch diese Blende soll die Differenz zwischen den beiden Lichtstrahlen auf Null reduziert werden.

Erfindungsgemäß wird die Spaltbreite durch Verschieben des optisch erzeugten Bildes gleichbleibend, Verfahren und Gerät zur Feststellung

der Breite oder Breitenschwankungen

eines Gegenstandes

Anmelder:

Jonas Waldemar Ask,
Lahäll, Stockholm (Schweden)

Vertreter: Dr.-Ing. Dr. jur. F. Lehmann, Patentanwalt, München 5, Papa-Schmid-Str. 1

Jonas Waldemar Ask, Lahäll, Stockholm (Schweden), ist als Erfinder genannt worden

vorzugsweise nahezu gleich Null gehalten und die Größe der Verschiebungsbewegung dient als Maß der Breitenänderung des Gegenstandes.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht bei Verwendung spiegelnder Flächen eine Breitenmessung innerhalb eines weiten Breitenänderungsbereiches, und die Messung wird in gewissen Grenzen unabhängig von der Lage des Gegenstandes in bezug auf das Meßgerät. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl zur Breitenmessung und Nachprüfung an unbeweglichen Gegenständen benutzt werden wie auch zur kontinuierlichen Feststellung und Aufzeichnung der Breite oder Breitenschwankungen beweglicher Gegenstände, die in laufenden Längen hergestellt werden, wie beispielsweise Drähte und Bänder.

Mit besonderem Vorteil wird lediglich ein einzelner Lichtstrahl verwendet, wodurch das gesamte optische System wesentlich vereinfacht wird. Es sind alle Fehlerquellen ausgeschaltet, die sich beim Vergleich der Intensitätsänderungen zweier Strahlen ergeben können.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, zur Durchführung des Verfahrens ein Gerät zu verwenden, welches ein optisches System enthält, das auf der einen Seite der Breitenebene des Prüflings angebracht ist und den einen Längsrand des Prüflings in der Breitenebene neben dem anderen Längsrand des Prüflings abbildet, wobei ein zum optischen System gehörendes Glied derart beweglich vorgesehen ist, daß es über ein durch eine lichtelektrische Einrichtung gesteuertes Servosystem so von durch Breitenänderungen des Prüflings

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bedingten Änderungen der Spaltbreite zwischen dem anderen Längsrand des Prüflings und der Abbildung des ersten Längsrandes beeinflußt wird, daß der Spalt durch Verstellung des genannten Gliedes auf einem gleichbleibenden Wert gehalten wird, der Vorzugsweise angenähert gleich Null ist, wobei das Gerät mit einer Vorrichtung zur Anzeige und/oder Auf zeichnung der Bewegung des beweglichen optischen Gliedes versehen ist.

Es kann zweckmäßig sein, daß das optische System im wesentlichen aus drei Flachspiegeln besteht, deren erster Spiegel einen den einen Längsrand des Prüflings streifenden Lichtstrahl zum zweiten Spiegel hin reflektiert, welcher seinerseits denselben Strahl zum dritten Spiegel reflektiert, der den Strahl parallel zur anfänglichen Strahl richtung derart zurückreflektiert, daß der Strahl hierbei den zweiten Rand des Prüflings streift, wobei der erste Spiegel in der Richtung des auf ihn einfallenden Randstrahles beweglich ist. Die drei Flachspiegel können auch durch zwei Prismen gebildet werden, wobei das eine Prisma eine dem ersten Flachspiegel entsprechende Fläche besitzt und entlang der gegenseitigen Anlegefläche der Prismen in bezug auf das andere Prisma beweglich ist, wobei dieses andere Prisma zwei reflektierende Flächen besitzt, die dem zweiten bzw. dritten Flachspiegel entsprechen.

An der anderen Seite der Breitenebene des Prüflings können zwei parabolisch gekrümmte Spiegel angebracht sein, wovon der eine Spiegel ein von einer Lichtquelle ausgesandtes divergentes Strahlenbündel als paralleles Strahlenbündel gegen den ersten Flachspiegel wirft, während der zweite parabolisch gekrümmte Spiegel die vom dritten Flachspiegel zurückreflektierten Strahlen auf eine zur lichtelektrischen Einrichtung gehörende Fotozelle konzentriert.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Beispielen näher erörtert.

Fig. 1 ist eine Übersicht über einen optischen Breitenmesser, der die Nachprüfung und Anzeige der Breite oder Breitenschwankungen von in stetiger Bewegung befindlichen Gegenständen ermöglicht, z. B. von einem in einem Walzwerk hergestellten Stahlband ;

Fig. 2 zeigt eine Abart des im Gerät nach Fig. 1 benutzten optischen Systems;

Fig. 3, 4 und 5 stellen je ein anderes Ausführungsbeispiel des Gerätes dar.

Der Gegenstand, dessen Breite zu messen oder zu prüfen ist, z. B. ein sich bewegendes (im Querschnitt gezeigtes) Stahlband 1, bewegt sich durch einen Kanal 2 im Gehäuse 3 des Gerätes. Die dem Gegenstand 1 zugekehrten oberen und unteren Seiten des Kanals enthalten lichtdurchlässige Teile 4 und 5 (durch gestrichelte Linien angedeutet). Mit 6 ist eine Lichtquelle bezeichnet, z. B. eine elektrische Lampe mit linienförmigem Glühkörper. Die von diesem Glühkörper ausgehenden Lichtstrahlen treffen einen im unteren Teil 7 des Gerätes angebrachten Spiegel 8, der in einer zur Längsachse des Gegenstandes lotrechten Ebene parabolisch gekrümmt ist und von dem aus die Lichtstrahlen in Form paralleler Strahlen nach oben zurückgeworfen werden, und zwar am linken Rand a des Gegenstandes 1 vorbei. Der Randstrahl 9 trifft einen im oberen Teil 10 des Gerätehauses unter 45° Winkel gegen die Strahlrichtung vorgesehenen Flachspiegel 11, der an einer Mutter 13 befestigt ist, die sich auf einer Schraube 12 befindet und daher durch Drehen der Schraube 12 in Richtung des Rand-Strahles 9 verschiebbar ist. Der Spiegel 11 reflektiert den Randstrahl 9 parallel zur Breitenebene des Gegenstandes gegen einen ersten gegenüberliegenden Flachspiegel 14, um von diesem über einen anderen Flachspiegel 15 nach unten gleichlaufend mit seiner ursprünglichen Richtung am anderen oder rechten Rand b des Gegenstandes 1 und gegen einen im unteren Teil 7 des Gerätes angebrachten, parabolisch gekrümmten Spiegel 16 ähnlicher Art wie der Spiegel 8 zurückgeworfen zu werden. Dieser Spiegel richtet den Strahl auf eine lichtelektrische Zelle 17.

Die Schraube 12 ist mit der Achse 18 eines umsteuerbaren Servomotors 19 gekuppelt, der von einem Verstärker 20 in der einen oder anderen Richtung gespeist wird. Der Eingangskreis dieses Verstärkers enthält in Gegentaktschaltung die bereits erwähnte lichtelektrische Zelle 17 und eine zweite solche Zelle 21, die von der Lichtquelle 6 durch eine Blende 22 mit sehr feinem Spalt (z. B. von der Größenordnung 0,1 mm) mit Licht bestrahlt wird. Der Motor 19 ist daher bestrebt, den Flachspiegel 11 selbsttätig in eine derartige Stellung zu bringen, daß die auf die Fotozellen 17 und 21 einfallenden Lichtmengen gleich groß werden, d. h. daß sich der Randstrahl 9 stets unmittelbar am rechten Rand b des Gegenstandes befindet oder diesen Rand streift. Die Breitenschwankungen des Gegenstandes 1 werden von einem mit der Mutter 13 verbundenen Zeiger 23 an einer Skala 24 angezeigt. Sie können aber auch durch ein mit der Motorwelle 18 gekuppeltes geeignetes Zählwerk 28 angezeigt werden.

Um die Wirkung von Störungen durch Fremdlicht herabzusetzen, ist der Verstärker 20 und/oder der lichtelektrische Teil des Gerätes vorzugsweise so auszuführen, daß er nur gegen Licht bestimmter Art empfindlich ist, z. B. gegen Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich oder Licht mit gewisser festgelegter Modulierfrequenz, z. B. 50 Hz. In der Zeichnung wird gezeigt, daß die elektrische Lampe 6 von einem Wechselstromnetz 50 Hz über einen Gleichrichter 27 gspeist wird.

Von den zahlreichen optischen Systemen, die zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens dienen können, wird in Fig. 1 als Beispiel eine Einrichtung mit drei Spiegeln 11,14,15 dargestellt, wodurch unter anderem folgende Vorteile erzielt werden:

1. Nur ein Spiegel (nämlich 11) braucht in eine neue Nullstellung bewegt zu werden, wenn der Meßbereich zu ändern ist.

2. Die Meßbereichänderung wird bei einer Verstellung des Spiegel 11 symmetrisch in bezug auf die Mittellinie des Gegenstandes 1.

3. Seitliche Bewegungen von ± 50% der Breite des Gegenstandes 1 sind möglich. Theoretisch gilt dieser Wert für jede beliebige Breite des Gegenstandes von Null bis zum halben Abstand zwischen den Außenrändern c und d des Spiegelsystems 8,16.

Da dem oben beschriebenen Meßverfahren eine U-förmige Umfassung des Meßgegenstandes 1 durch einen Lichtstrahl zugrunde liegt, muß sich notwendigerweise ein Teil der Gerätebestandteile auf der einen Seite des Gegenstandes und ein Teil derselben auf der entgegengesetzten Seite befinden. Es ist hierbei günstig, möglichst viele Einzelteile auf der einen Seite des Gegenstandes anzubringen. Nach Fig. 1 befindet sich auf der anderen Seite lediglich das einfach reflektierende feste Spiegelsystem 8,16. Dieses Spiegelsystem wandelt die von der Lichtquelle 6 ausgesandten divergierenden Strahlen in ein Bündel gleichlaufender Strahlen um und konzentriert die vom Flachspiegel 15

her einfallenden gleichlaufenden Lichtstrahlen auf die Fotozelle 17.

Bei der Einrichtung nach Fig. 1 können die Flachspiegel 11, 14, 15 durch zwei Prismen 25, 26 ersetzt werden, deren reflektierende Flächen 11' bzw. 14', 15' den genannten Spiegeln entsprechen. Das eine Prisma 25 ist in der Anliegeebene A-A in bezug auf das andere Prisma 26 beweglich, wie in Fig. 2 dargestellt.

In Fig. 3 ist ein sich bewegender bandförmiger Gegenstand 1 dargestellt. Eine Lichtquelle 6 an der einen Seite dieses Gegenstandes sendet Lichtstrahlen aus, die durch eine Linse 30 in ein aus parallelen Strahlen bestehendes Strahlenbündel umgewandelt werden,, welches ähnlich, wie schon weiter oben beschrieben, am linken Rand α des Gegenstandes 1 nach oben gerichtet ist, wobei der Randstrahl 9 den Flachspiegel 11 trifft, der hier unbeweglich sei. Der Flachspiegel 11 reflektiert den Randstrahl 9 parallel zur Breitenebene des Gegenstandes 1 derart, daß der Strahl den ersten gegenüberliegenden Flachspiegel 14 trifft, um von diesem Spiegel 14 über den zweiten Flachspiegel 15 nach unten parallel mit seiner ursprünglichen Richtung am anderen Rand b des Gegenstandes 1 gerichtet zu werden. Da vorausgesetzt wurde, daß der Spiegel 11 fest ist, ändert sich die Breite des Spalts y bei einer Breitenänderung des Gegenstandes 1. Diese Breitenänderungen des Spalts werden mit Hilfe einer an sich bekannten, mit einer Fotozelle versehenen Vorrichtung festgestellt.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Meßgerätes, Auf der einen Seite, nahe am linken Rand α des Bandes 1, ist ein leuchtender Schirm 33 angebracht. Auf der anderen Seite sind nahe an den entgegengesetzten Bandrändern geneigte Flachspiegel 34, 35 vorgesehen, zwischen denen sich eine positive Linse oder ein positives Linsensystem 36, 37 befindet. Dieses Linsensystem erzeugt neben dem rechten Rand b des Bandes mit Hilfe der Flachspiegel 34, 35 ein seitenrichtiges Bild des linken Randes a des Gegenstandes (des Bandes). Die Breite des Spalts y kann in bereits oben beschriebener Weise gemessen werden, um die Breite oder Breitenabweichungen des Gegenstandes 1 zu bestimmen.

Fig. 5 zeigt schließlich eine ähnliche Ausführung wie Fig. 3. Anstatt der drei reflektierenden Flächen 11,14,15 nach Fig. 3 werden jetzt jedoch vier solche reflektierende Flächen 38 bis 41 benutzt. Die von einer geeigneten Lichtquelle her stammenden parallelen Lichtstrahlen werden am linken Rand a des Gegenstandes senkrecht nach oben gerichtet, so· daß der Randstrahl 9 die Oberfläche 38 trifft, die den Strahl parallel zum Gegenstand 1 gegen die zweite reflektierende Fläche 39 wirft, welche ihrerseits den Strahl 9 nach unten gegen die dritte reflektierende Fläche 40 richtet. Von dort aus wird der Strahl waagerecht der vierten reflektierenden Fläche 41 zugespielt, die nun ihrerseits den Strahl wiederum senkrecht nach oben gegen den entgegengesetzten Rand b des Gegenstandes 1 richtet. Die Breite y des Spalts, der zwischen dem Rand b und der optischen Abbildung des Randes α gebildet wird, kann nahezu bis auf Null verringert werden, beispielsweise indem die reflektierende Fläche 38 in einer Richtung senkrecht zum Gegenstand verstellt wird.

Claims

65 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Feststellung der Breite oder Breitenschwankungen eines Gegenstandes, z. B. eines band-, streifen- oder drahtförmigen und gegebenenfalls sich bewegenden Gegenstandes, wie eines in einem Bandwalzwerk hergestellten Stahlbandes, wobei neben dem einen Längsrand des Gegenstandes optisch ein Bild des anderen Längsrandes erzeugt wird, derart, daß zwischen dem erstgenannten Rand und der optisch erzeugten Abbildung des anderen Randes ein Spalt gebildet wird, dessen Breite von der Breite des Gegenstandes abhängig ist, aber von einer seitlichen Bewegung des Gegenstandes völlig unabhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbreite durch Verschieben des optisch erzeugten Bildes gleichbleibend, vorzugsweise nahezu gleich Null gehalten wird und daß die Größe der Verschiebungsbewegung als Maß der Breitenänderungen des Gegenstandes dient.

2. Gerät zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein optisches System (11,14, 15) enthält, welches auf der einen Seite der Breitenebene durch den Prüfling

(I) angebracht ist und den einen Längsrand des Prüflings (1) in der Breitenebene neben dem anderen Längsrand des Prüflings abbildet, daß ein zum optischen System gehörendes Glied (11) derart beweglich vorgesehen ist, daß es über ein durch eine lichtelektrische Einrichtung gesteuertes Servosystem (19, 20) so von durch Breitenänderungen des Prüflings bedingte Änderungen der Spaltbreite zwischen dem anderen Längsrand des Prüflings und der Abbildung des ersten Längsrandes beeinflußt wird, daß der Spalt durch Verstellung des genannten Gliedes auf einem gleichbleibenden Wert gehalten wird, der vorzugsweise angenähert gleich Null ist, und ferner daß das Gerät mit einer Vorrichtung (23, 24) zur Anzeige und/oder Aufzeichnung der Bewegung des beweglichen optischen Gliedes versehen ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System im wesentlichen aus drei Flachspiegeln (11,14,15) besteht, deren erster Spiegel (11) einen den einen Längsrand des Prüflings streifenden Lichtstrahl (Randstrahl 9) zum zweiten Spiegel (14) hin reflektiert, welcher seinerseits denselben Strahl zum dritten Spiegel (15) reflektiert, der den Strahl parallel zur anfänglichen Strahlrichtung derart zurückreflektiert, daß der Strahl hierbei den zweiten Rand des Prüflings (1) streift und ferner daß der erste Spiegel (11) in der Richtung des auf ihn einfallenden Randstrahles (9) beweglich ist.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der anderen Seite der Breitenebene des Prüflings (1) zwei parabolisch gekrümmte Spiegel (8,16) angebracht sind, wovon der eine Spiegel (8) ein von einer Lichtquelle (6) ausgesandtes divergentes Strahlenbündel als paralleles Strahlenbündel gegen den ersten Flachspiegel (11) wirft, während der zweite parabolisch gekrümmte Spiegel (16) die vom dritten Flachspiegel (15) zurückreflektierten Strahlen auf eine zur lichtelektrischen Einrichtung gehörende Fotozelle (17) konzentriert.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Flachspiegel

(II) an einem durch einen umsteuerbaren Servomotor (19) hin- und herbeweglichen Glied befestigt ist, wobei dieses Glied beispielsweise aus einer Mutter oder Gewindestück (13) besteht, die mit einer an der Motorwelle (18) befestigten Schraube (12) im Eingriff steht, und daß ein den Servomotor antreibender Verstärker (20) in seinem Ein-

gangskreis die genannte Fotozelle (17) und eine weitere Fotozelle (21) enthält, welche von einer Lichtquelle (6) durch einen feinen Spalt (22) bestrahlt wird, wobei die beiden Fotozellen gegeneinandergeschaltet sind, derart, daß der Servomotor bestrebt ist, den ersten Flachspiegel (11) in eine Stellung zu bringen, in welcher die auf die beiden Fotozellen (17,21) einfallenden Lichtmengen gleich groß sind.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker und/oder die Fotozelleneinrichtung nur gegen Licht bestimmter Art empfindlich ist, beispielsweise gegen Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich oder von bestimmter Modulierfrequenz, wodurch Störungen durch Fremdlicht weitgehend vermieden werden.

7. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Flachspiegel (11, 14, 15) durch zwei Prismen (24, 26) gebildet werden, wovon das eine Prisma (25) eine dem ersten Flachspiegel (11) entsprechende Fläche besitzt und entlang der gegenseitigen Anliegefläche (A-A) der Prismen in bezug auf das andere Prisma (26) beweglich ist, und daß dieses andere Prisma zwei reflektierende Flächen (14', 15') besitzt, die dem zweiten bzw. dritten Flachspiegel (14 bzw. 15) entsprechen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 040 260,1 031, 529, 945;
USA.-Patentschriften Nr. 2 810316, 2 670 651,

237 811.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen