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Lichtelektrische Vorrichtung zum Messen der Lage bzw. von Längengrößen
für ein Objekt Es ist eine Vorrichtung zur Breiten-, Dicken- oder Längenmessung
bekannt, bei welcher zwei lichtelektrische Meßwertgeber vorgesehen sind, deren Empfindlichkeitsachsen
mit engem Blickfeld gegensinnig über das Meßobjekt wandern. Bei der bekannten Vorrichtung
handelt es sich um eine Vorrichtung zur Messung an heißem Walzgut, welches selbst
leuchtet und mittels einer Bleisulfidzelle über einen rotierenden Polygonspiegel
periodisch abgetastet wird. Es kann sich aber auch um nicht selbstleuchtende Objekte
handeln, bei denen eine Photozelle reflektiertes Licht aufnimmt, und statt eines
Polygonspiegels kann beispielsweise ein Linsenrad vorgesehen werden. Jeder der Meßwertgeber
liefert einen Impuls, wenn seine Empfindlichkeitsachse über die Kante des Meßobjektes
streicht. Es ändert sich dann nämlich die auf den Strahlungsempfänger fallende Strahlung
sprunghaft, und dieser Sprung erscheint nach elektrischer Differentation als Impuls,
welcher durch geeignete Impulsformer noch in eine bestimmte wohldefinierte Gestalt
gebracht wird.
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Jeder dieser Impulse zündet ein wechselstromgespeistes Thyratron,
dessen Anodenspannung synchron zur Ablenkung der Empfindlichkeitsachse ist.
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Ein solches Thyratron wirkt dann als gesteuerter Gleichrichter und
liefert einen von der Lage der Meßobjektivkante abhängigen Gleichstrommeßwert.
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Wenn der Impuls erscheint, wenn gerade die positive Halbwelle der
Speisespannung am Thyratron eingesetzt hat, dann brennt das Thyratron praktisch
während dieser ganzen Halbwelle, ehe es beim Einsetzen der negativen Halbwelle wieder
löscht. Wenn dagegen der Zündimpuls erst gegen Ende der positiven Halbwelle auf
das Gitter des Thyratrons gegeben wird, dann zündet das Thyratron nur kurzfristig
und löscht sofort wieder, sobald die anliegende Anodenspannung ihr Vorzeichen umkehrt.
Der Gleichstrom durch das Thyratron bzw. der Spannungsabfall an einem davon durchflossenen
Widerstand ändert sich also kontinuierlich von einem Maximalwert bis auf Null, je
nach der Phasenlage der Zündimpulse zu der Speisespannung des Thyratrons und damit
der Lage der Walzgutkante. Wenn das Thyratron einmal gezündet hat, dann haben weitere
Impulse an seinem Gitter keinen Einfluß mehr. Durch die gegenläufige Bewegung der
Empfindlichkeitsachsen wird erreicht, daß bei dem einen Meßwertgeber der Impuls
beim Durchlaufen der einen Kante des Meßobjektes als erster wirksam wird, und bei
dem anderen Meßwertgeber der Impuls, der beim Durchlaufen der anderen Kante des
Meßobjektes auftritt.
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Bei der bekannten Anordnung erfolgt die Längen-
anzeige durch additive
Überlagerung der beiden Lagemeßwerte. Diese Summe hängt nämlich, wie sich zeigen
läßt, linear von der Länge (bzw. Breite oder Dicke) des Meßobjektes ab. Voraussetzung
ist aber dabei, daß sich-die erhaltenen Gleichstrommeßwerte linear mit der Lage
der Meßobjektkanten ändern. Bei der bekannten Anordnung ist das nur näherungsweise
der Fall, und es hat sich in der Praxis gezeigt, daß man dadurch Schwierigkeiten
erhält, wenn man entweder stärkere Schwankungen in der Breite oder Lage des Meßobjektes
hat oder hohe Anforderung an die Meßgenauigkeit stellt.
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Es ist eine Anordnung zur Messung der Breite von Blechbändern bekannt
(USA.- Patentschrift 2548 590), bei welcher diese Schwierigkeiten vermieden werden.
Dort sind auch zwei Meßwertgeber hier in Gestalt von zwei Fernsehkameras - vorgesehen,
durch welche periodisch zwei Gesichtsfelder abgetastet werden, in denen die beiden
Ränder des Blechbandes liegen. Sobald der Taststrahl oder die Empfindlichkeitsachse
über die Kante des Blechbandes hinwegläuft, ergibt sich ein Impuls, der je nach
seiner Phasenlage eines von zwei wechselstromgespeisten Thyratronen zündet, über
welche eine Vorlauf- bzw. eine Rücklaufwicklung eines Stellmotors gespeist wird.
Durch diesen Stellmotor wird der gesamte Kopf des Meßwertgebers (Fernsehkamera)
quer zu dem zu vermessenden Blechband verschoben, so lange, bis die Kante des Blechbandes
in der Mitte des Gesichtsfeldes liegt. Die Verschiebung der beiden Fernsehkameras
wird gemessen und gibt ein Maß für die Breite des zu vermessenden Blechbandes. Hier
dient die Fernsehkamera und
die nachgeschaltete Anordnung nicht
als Meßwertgeber im eigentlichen Sinne des Wortes, sondern nur als Nullindikator.
Gemessen wird einfach der Abstand der beiden sich automatisch auf die Kanten des
Blechbandes einstellenden Fernsehkameras.
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Diese Anordnung erfordert ein Gestell, auf welchem die Kameras verschiebbar
geführt sind. Die Genauigkeit der Messung hängt davon ab, wie genau die Fernsehkameras
auf die Kanten des Blechbandes ausgerichtet werden können und wie genau dann der
Abstand der Fernsehkameras gemessen wird. Das erfordert entweder hohen Aufwand,
z. B. eine sehr stabile Führung für die Fernsehkameras, oder ergibt nur eine begrenzte
Meßgenauigkeit. Nachteilig ist ferner, daß dort bei einer Seitenverschiebung des
gesamten Meßobjektes ohne Breitenänderung doch der gesamte Abgleichmechanismus in
Funktion treten muß, weil ja jede Kamera auf den Rand des Meßobjektes (Blechbandes)
ausgerichtet werden muß. Dadurch hat die bekannte Anordnung eine erhebliche Trägheit,
so daß bei Schwing- oder Flatterbewegungen des Meßobjektes, wie sie z. B. bei Walzgut
sehr häufig auftreten, eine Messung praktisch nicht möglich ist.
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Ausgehend von einer solchen lichtelektrischen Vorrichtung zum Messen
der Lage bzw. von Längengrößen für ein Objekt mit einen festgelegten Abtastbereich
periodisch überstreichendem Abtastorgan, bei welcher beim Erfassen des Objektes
ein Zündimpuls an einen gesteuerten Gleichrichter, beispielsweise an ein Thyratron,
abgegeben wird, welcher, von einer mit der Abtastung synchronisierten, periodisch
durch Null gehenden Spannung gespeist, ein von der Meßgröße bestimmtes Gleichstromsignal
liefert, derart, daß die relative Phasenlage von Zündimpuls und Speisespannung des
gesteuerten Gleichrichters sich nach Maßgabe der zu bestimmenden Meßgröße ändert,
besteht die Erfindung darin, daß bei feststehend angeordneten Abtastmitteln die
Phasenlage mittels elektrischer phasenschiebender Mittel änderbar ist.
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Es erfolgt hier also nicht eine Verschiebung und Nachführung des
gesamten Tastkopfes, wie bei der bekannten Anordnung, sondern eine elektrische Phasenschiebung.
Es zeigt sich, daß man auch auf diese Weise eine strenge und lineare Messung erhält,
wie noch näher erläutert werden wird.
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Die Erfindung ist nicht auf eine Längenmessung der geschilderten
Art beschränkt. Man kann die Erfindung auch zu einer einfachen Lagemessung oder
Lageregelung verwenden. Die Erfindung kann in der Weise angewandt werden, daß durch
die Phasenschiebung ein Abgleich - ähnlich wie bei der bekannten Anordnung durch
das Verschieben der Tastköpfe - bewirkt wird. Durch die Phasenschiebung kann aber
auch ein Sollwert eingestellt werden, wie weiter unten noch näher geschildert werden
wird.
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Es ist an sich bekannt, eine durch die Phasenlage zweier Meßsignale
zueinander bestimmte Meßgröße durch Betätigen eines die Phasenlage ändernden Phasenschiebers
darzustellen. Bei bekannten Anordnungen dieser Art handelt es sich um Entfernungsmesser
für lange Strecken, bei denen die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts
zur Entfernungsmessung ausgenutzt wird. Zu diesem Zweck wird das Licht amplitudenmoduliert,
und aus der Phasendifferenz von vor- und rücklaufendem Licht
wird auf die Entfernung
geschlossen. Durch verstellbare Spiegel od. dgl. kann die optische Weglänge eines
Strahls verändert und die Phasendifferenz auf Null abgeglichen werden, wobei der
Stellweg des Spiegels als Längenmeßwert ablesbar ist. Es handelt sich dort aber
nicht um die Zündung gesteuerter Gleichrichter und die bei dem erfindungsgemäßen
Meßprinzip auftretenden Probleme.
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In vielen Fällen werden die Abtastvorgänge den Abtastbereich mit
hinreichend konstanter Geschwindigkeit überstreichen. Zweckmäßig ist es aber, wenn
als Abtastvorrichtung ein lichtelektrischer Empfänger mit rotierenden, von einem
Synchronmotor angetriebenen optischen Gliedern und einem Hohlspiegel in der Weise
zusammenwirkt, daß ein linearer Zusammenhang zwischen der Lage der Abtastorgane
in der Meßebene und dem Drehwinkel der optischen Glieder besteht.
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Mit dem Ausdruck »Länge« soll im vorstehenden und in der nachfolgenden
Beschreibung jede Art von Abmessungen, also Dicke, Breite, Durchmesser usw., erfaßt
werden. »Lage« ist der Abstand von einem festen Bezugspunkt.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt
und im folgenden beschrieben: Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Längenmessung, z. B. einer Vorrichtung zur Messung der Breite von
Walzgut; Fig.2 veranschaulicht die Wirkungsweise der Anordnung; Fig.3 zeigt eine
Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1; F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführung einer
Längenmeßvorrichtung; F i g. 5 zeigt eine Abwandlung der Anordnung nach F i g. 4;
Fig.6 zeigt eine Vorrichtung zur Schnittlängenmessung von Walzgut; Fig. 7 zeigt
einen »optischen Anschlag« mit einstellbarer Endlage; F i g. 8 zeigt schematisch
den Aufbau des Tastkopfes bei der Anordnung nach F i g. 4, und F i g. 9 zeigt die
zugehörige Oberansicht; Fig. 10 zeigt einen Tastkopf, bei welchem die gegensinnige
Abtastung des Gesichtsfeldes mittels eines einzigen, von einem einzigen Synchronmotor
angetriebenen rotierenden Polygonspiegels erfolgt; Fig. 11 zeigt einen »linearen«
Tastkopf.
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In F i g. 1 sind mit Kt und K2 zwei Tastköpfe gleicher Bauart bezeichnet,
welche jeder ein Gesichtsfeld bzw. periodisch und gegenläufig mit engem Blickwinkel
abtastet, wie in Fig. 1 durch die Pfeile angedeutet ist. Ein Beispiel eines solchen
Tastkopfes ist in Fig. 11 dargestellt. Dabei handelt es sich um einen »linearen«
Tastkopf. Von einer Photozelle 10 oder einem sonstigen geeigneten Strahlungsempfänger
wird über einen rotierenden Polygonspiegel 11 und einen Hohlspiegel 12 ein Gesichtsfeld
in einer Meßebene ME periodisch abgetastet. Der Spiegel 12 ist dabei, wie aus Fig.
11 ersichtlich ist, so geformt, daß ein linearer Zusammenhang zwischen der Lage
der Empfindlichkeitsachse in der Meßebene und der Winkellage des Spiegels 11 besteht.
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Die beiden Tastköpfe Kt und K2 tasten über die Ränder 13, 14 eines
zu vermessenden Objektes 15,
z. B. eines Blechbandes im Walzwerk.
Die Photozelle 10 jedes Tastkopfes liefert beim Überstreichen der Kante 13 bzw.
14 ein Sprungsignal 16, 16', welches durch einen differenzierenden Wechselstrom
verstärker V, bzw. V2 in einen Impuls 17, 17' umgewandelt wird. Die Drehzahl des
Spiegels 11 und die Anzahl seiner Seiten ist so gewählt, daß die Impulse 17 bzw.
17' mit einer Frequenz von 100 Hertz erscheinen.
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Die Impulse 17 bzw. 17', deren Lage von der Lage der Ränder 13 bzw.
14 abhängt, werden auf die Gitter von Thyratronen 18, 19 gegeben. Die Thyratrone
18 und 19 werden jedes von einer pulsierenden gleichgerichteten Wechselspannung
20 gespeist. Die Spannung 20 wird durch Gleichrichter einer netzfrequenten Wechselspannung
mittels zweier Graetz-Gleichrichter 21, 22 gewonnen. DieWechselspannung wird von
den Sekundärwicklungen 23, 24 eines Transformators 25 abgenommen. Es sind zwei getrennte
Sekundärwicklungen vorgesehen, um die Kreise der beiden Thyratrone galvanisch voreinander
zu trennen und eine Üb erl agerung der erhaltenen Gleichstrommeßwerte zu ermöglichen.
Die Primärwicklung 26 wird vom Netz über einen Phasenschieber 27 gespeist.
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Der Stromkreis der Thyratrone geht vom Plus-Pol der Gleichrichter
21 bzw. 22, über das Thyratron 18 bzw. 19, jeweils einen Kathodenwiderstand 28 bzw.
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29 und die Leitung 31 bzw. 32 zum Minus-Pol des Gleichrichters. Die
Kathode des Thyratrons 18 ist mit dem negativen Ende des Kathodenwiderstandes 29
vom Thyratron 19 verbunden. Das negative Ende des Widerstandes 28 ist geerdet. Zwischen
diesem und der Kathode des Thyratrons 19 liegt eine Gleichspannung, welche der Summe
der in den beiden Thyratronkreisen fließenden Ströme entspricht.
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Diese Spannung wird an einem Nullverstärker 33 einer konstanten Bezugsspannung
entgegengeschaltet, welche aus der Netzspannung mittels eines Gleichrichters 34
erzeugt wird. Der Nullverstärker 33 steuert einen Motor M, und dieser verdreht den
Phasenschieber 27 so lange, bis die an den Widerständen 28 und 29 abfallende Gleichspannung
gleich der Bezugsspannung ist. Mit dem Motor M ist eine in Längeneinheiten geeichte
Anzeigevorrichtung 35 verbunden.
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Die Wirkungsweise der Anordnung kann an Hand der Fig. 2, a bis h,
veranschaulicht werden. In diesen Figuren ist die an den Thyratronen 18 und 19 als
Speisespannung anliegende gleichgerichtete Wechselspannung 20 dargestellt sowie
die auf die Gitter der Thyratrone beim Überstreichen der Meß objektanten gegebenen
Impulse 17 (Fig. 2, a, c, e, g) und 17' (Fig. 2, b, d, f, h). Die Thyratrone 18,
19 zünden beim Erscheinen der Impulse 17 bzw. 17' und brennen dann so lange, bis
die Spannung 20 durch Null geht. Dann fällt die Anodenspannung weg, und das Tyratron
löscht. Der durch die Thyratrone und die Widerstände 28 bzw. 29 fließende Strom
wird jeweils durch die schraffiert gezeichnete Fläche gegeben, und entsprechend
groß ist auch der Spannungsabfall an den Widerständen 28 bzw. 29.
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Es soll ausgegangen werden von einem »Sollzustand«, in welchem die
Impulse 17 und 17' jeweils im Maximum der Speisespannung 20 erscheinen (Fig. 2,
a und b). Dann brennt jedes Tyratron während einer Hälfte der Periode, und es sei
ange-
nommen, daß in diesem Zustand die an den Widerständen 28 und 29 abfallende
Spannung gerade der Spannung an dem Gleichrichter 34 entspricht. Der Nullverstärker
33 erhält keine Spannung. Der Motor M und der Phasenschieber 27 bleiben in Ruhe.
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In F i g. 2, c und d, ist der Fall dargestellt, daß sich das Band
15 ohne Anderung seiner Breite nach links verschiebt. Dann kommt der Impuls 17 eine
Zeitx eher, der Impulsl7' kommt um die gleiche Zeitdifferenz x später. Man sieht
leicht, daß die Fläche A B CD, um welche der Strom des Thyratrons 18 größer geworden
ist, genau so groß ist wie die Fläche BCEF (Fig. 2, d), um welche der Strom durch
das Thyratron 19 kleiner wird. Der Anschaulichkeit halber sind die FlächeABCD und
der Impuls 17 in F i g. 2, d, nochmals gestrichelt eingezeichnet. Die Summenspannung
an den Widerständen 28 und 29 bleibt also bei einer reinen seitlichen Verschiebung
ohne Breitenänderung konstant. Der Nullverstärker 33 und der Phasenschieber 27 bleiben
von der Verschiebung unbeeinflußt.
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Anders liegen die Verhältnisse, wenn sich die Breite des Blechbandes
ändert. In Fig. 2, e und f, ist der Fall dargestellt, daß die linke Kante 13 des
Bandes 15 in der verschobenen Lage gemäß Fig. 2, c, verbleibt, aber die rechte Kante
14 durch Verbreiterung des Bandes 15 gegenüber der in F i g. 2, d, dargestellten
Lage nach rechts wandert. Dann kommt der Impuls 17' in F i g. 2, f, um die Zeit
y früher als in Fig. 2, d. Der Impuls 17' von Fig. 2, d, ist in F i g. 2, f, der
Anschaulichkeit halber noch einmal gestrichelt eingezeichnet. Das hat zur Folge,
daß sich der Strom durch das Thyratron 19 erhöht, und zwar um die in F i g. 2, f,
doppelt schraffierte Fläche GHJK. Entsprechend erhöht sich die an den Widerständen
28 und 29 abfallende Spannung, die dann nicht mehr gleich der am Gleichrichter 34
liegenden Spannung ist. Der Nullverstärker 33 spricht an, und der Motor M verdreht
den Phasenschieber 27. Dadurch verändert sich die Phasenlage der Speisespannung
20 gegenüber den unverändert bleibenden Impulsen 17 und 17'. In F i g. 2, g und
h ist der Einfachheit halber dargestellt, daß die Impulse 17 und 17' gegenüber der
festliegenden Speisespannung verschoben sind, was ja auf das gleiche hinausläuft
und im übrigen auch technisch realisierbar ist, wie weiter unten noch erläutert
werden wird.
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Wenn die Phase der Speisespannung bzw. der Impulse um y/2 verschoben
worden ist, dann ergeben sich die Verhältnisse, welche in Fig. 2, g und h, dargestellt
sind. Gegenüber Fig. 2, e und f, ist der Strom durch das Thyratron 18 um die Fläche
L NO P kleiner geworden. Der Strom durch das Thyratron 19 ist um die Fläche GHQ
U kleiner geworden. Beide Ströme werden kleiner, weil für beide Thyratrone die Zündimpulse
später kommen. Man sieht nun, daß die Fläche LNOP in Fig. 2, g, gleich der Fläche
QUKJ in Fig. 2, h, ist. Die Fläche links von LN (Fig. 2, g) war ja (vgl. Fig. 2,
e und f) gleich der Fläche rechts von JK (Fig. 2, h). Die Flächen HG U Q, um welche
der Strom durch das Thyratron 19 bei der Phasenverschiebung kleiner geworden ist
und die Fläche LNOP, um welche der Strom durch das Thyratron 18 verringert wurde,
ergänzen sich somit zu der Fläche GHJK, um welche das Gesamtsignal infolge der Verbreiterung
des Blechbandes 15
größer geworden war. Nach der Phasendrehung um
y/2 ist also die Verbreiterung y kompensiert und die an den Widerständen 28 und
29 abfallende Spannung gleich der Spannung des Gleichrichters 34. Der Motor M und
der Phasenschieber 27 kommen zur Ruhe. Die Stellung des Phasenschiebers 27 wird
mittels einer Anzeigevorrichtung 35 angezeigt und hängt absolut linear mit der Breitenänderung
des Bandes 15 zusammen. Die Sinusform der Speisespannung hat auf die Anzeige keinerlei
Einfluß. Eine Stellbewegung ist nur bei einer Breitenänderung des Bandes erforderlich,
so daß Flatterbewegungen des Gutes, wie sie vor allem beim Walzen von Draht u. dgl.
auftreten können, keinen Einfluß auf die Messung haben.
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Fig.3 zeigt eine etwas andere Schaltung der Thyratrone. Hier sind
zwei Thyratrone 36, 37 vorgesehen, welche gegenphasig von einem Transformator 38
mit Mittenanzapfung 39 gespeist werden. Die Primärwicklung 41 des Transformators
38 liegt am Ausgang eines Phasenschiebers 42. Die Thyratrone 36 und 37 haben einen
gemeinsamen Kathodenwiderstand 43, an welchem eine Gleichspannung nach Maßgabe der
Summe der beiden durch die Thyratrone 36 und 37 fließenden Ströme abgegriffen wird.
Das Meßobjekt wird mittels zweier Tastköpfe K, und K2 gegensinnig abgetastet wie
in dem Beispiel von Fig. 1 und 2, und diese liefern über Verstärker V1 und V2 Zündimpulse
44 und 44' (ähnlich 17 und 17') auf die Gitter der Thyratrone 36 und 37. Die Impulshäufigkeit
kann 100 Hertz betragen, wie bei dem vorherigen Beispiel. Dabei wird abwechselnd
jeweils ein Impuls jedes Kopfes Kl und K2 unterdrückt, wenn nämlich an der Anode
des entsprechenden Thyratrons die negative Halbwelle anliegt.
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Die am Widerstand 43 abfallende Spannung ist wieder, wie bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, an einem Nullverstärker 45 einer konstanten Bezugsspannung
entgegengeschaltet, die von einem Gleichrichter 46 geliefert wird. Der Gleichrichter
46 liegt am gleichen Netz an wie der Phasenschieber 42, so daß Netzspannungsschwankungen
ohne Einfluß auf die Messung bleiben. Der Nullverstärker 45 steuert einen Motor
M, und dieser verstellt den Phasenschieber 42 und gleichzeitig eine Anzeigevorrichtung
47 so lange, bis die Spannung am Widerstand 43 gleich der am Gleichrichter 46 liegenden
Bezugsspannung ist.
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Bei diesen beiden Anordnungen nach F i g. 1 bis 3 wird die Phasenlage
der Speisespannung der Thyratrone gegenüber der feststehenden Lage der Impulse verändert.
Man kann aber auch bei einer Längenänderung die Phasenlage der Impulse verschieben
und die der Speisespannung unverändert lassen. Ein solches Beispiel zeigen F i g.
4, 8 und 9.
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Bei dem Tastkopf sind zwei versetzt zueinander angeordnete Spiegelrotore
48 und 49 vorgesehen, welche durch je einen Synchronmotor 51 und 52 angetrieben
werden. Zwei Photozellen 53 und 54 tasten das Meßobjekt 55 (hier als Walzprofil
der Höhe a dargestellt) über die Spiegelrotore 48 und 49 periodisch ab. Dabei ist
der Strahlengang der Zelle 53 noch über einen zusätzlichen Spiegel 56 geleitet,
so daß die eine Abtastung von oben nach unten und die andere von unten nach oben
erfolgt. Statt dessen können natürlich auch die Motoren 51 und 53 gegensinnig umlaufen.
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In Fig. 4 sind die beiden Köpfe Kl und 2 mit den Motoren 51 und 52
schematisch dargestellt. Die Zellen 53 und 54 liefern über Verstärker V1 und Vt
Impulse auf die Gitter von zwei gegenphasig gespeisten Thyratronen. Die Thyratronschaltung
entspricht derjenigen von Fig. 3, und es sind deshalb für gleiche Schaltelemente
die gleichen Bezugszeichen benutzt worden wie dort. Im Gegensatz zu Fig.3 liegt
hier jedoch die Primärwicklung 41 des Trans formators 38 direkt am Netz, während
über den Phasenschieber 42 die Antriebsmotoren 51 und 52 der Tastköpfe Kt und K2
gespeist werden. Hier bleibt also tatsächlich die Phase der Thyratronspeisespannung
stehen, während die Lage der Zündimpulse 44, 44' relativ zu dieser durch entsprechenden
Antrieb der Spiegelrotore 48, 49 über den Phasenschieber 42 relativ zu dieser verändert
wird.
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Hier erhält man streng die Verhältnisse, die in Fig. 2, g und h, gezeigt
sind.
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Statt zweier Spiegelrotore 48 und 49 wie in F i g. 8 und 9 kann man
auch einen gemeinsamen Rotor für beide Abtaststrahlen vorsehen, welcher von einem
einzigen Synchronmotor angetrieben wird. Eine solche Anordnung erleichtert die genaue
Phaseneinstellung und den Abgleich über die Motorphase.
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Eine solche Anordnung ist in Fig. 10 dargestellt.
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Bei dieser Anordnung erfolgt die Abtastung von zwei Photozellen 57
und 58 über einen einzigen Polygonspiegel 59. Der Strahlengang der einen Zelle 57
ist über zwei Planspiegel 61 und 62 geleitet, derjenige der zweiten Zelle über einen
einzigen Planspiegel 63.
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Auf diese Weise erfolgt durch die eine Zelle eine Abtastung eines
Meßobjektes 64 von unten nach oben, durch die andere eine Abtastung von oben nach
unten.
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Bei den bisher beschriebenen Anordnungen erfolgt ein Abgleich durch
automatisches Nachdrehen des Phasenschiebers. Dessen Stellweg ist ein Maß für die
zu messende Länge.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 wird durch den Phasenschieber
42 von Hand ein Sollwert eingestellt, welcher an einer Anzeigevorrichtung 47 angezeigt
wird. Die Abweichung von diesem Sollwert wird mittels eines Instrumentes 65 mit
zentralem Nullpunkt direkt angezeigt, an welchem der Spannungsabfall an dem Kathodenwiderstand
43 der konstanten Spannung des Gleichrichters 46 entgegengeschaltet ist. Der übrige
Aufbau entspricht dem von Fig.3, und es sind auch hier für gleiche Teile die gleichen
Bezugszeichen vorgesehen wie dort.
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Eine sollche Anordnung ist von großer Bedeutung für die Profil- oder
Bandbreitenkontrolle im Walzwerk. Es wird dort ein Sollwert eingestellt, und die
im Vergleich für dem Sollwert relativ kleinen AS weichungen werden direkt angezeigt.
Es wird dabei die Tatsache ausgenutzt, daß die Abweichung der am Widerstand 43 abfallenden
Spannung von der Spannung des Gleichrichters 46 ein Maß für die Längenabweichung
vom Sollwert ist. Man arbeitet dabei immer mit dem gleichen Phasenanschnitt der
Thyratrone 36, 37 und im gleichen Meßbereich des Instrumentes 65, während der Sollwert
am Phasenschieber 42 trotz der Sinusform der Speisespannung über einen großen Meßbereich
linear einstellen kann.
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Dies wäre mit der anderen sich anbietenden Möglichkeit, nämlich der
Veränderung der Bezugsspannung am Gleichrichter 46, nicht der Fall. Dann hätte man
eine nichtlineare Sollwerteinstellung, und die Emp
findlichkeit
des Instrmentes 65 wird in durchaus unerwünschter Weise um so kleiner, je kleiner
der Sollwert wird, weil bei kleinem Sollwert der Phasenanschnitt im 0°- oder 1800-Bereich
erfolgt und Phasenverschiebungen der Zündimpulse dort nur geringen Einfluß auf den
durch die Thyratrone fließenden Strom haben.
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Bei der Anordnung nach Fig. 6 handelt es sich um eine Vorrichtung
zur Schnittlängenmessung im Walzwerk. Eigentlich handelt es sich dabei nicht um
eine Längenmessung im Sinne der vorhergehenden Beispiele, sondern um eine Lagemessung.
Es wird optisoh die Lage der Vorderkante 66 von Walzgut 67 in bezug auf eine Schere
68 gemessen. Das Walzgut läuft auf einem Rollgang69 heran, und durch die Schere
68 wird ein Stück abgeschnitten, dessen Länge durch die erfindungsgemäße Anordnung
gemessen und angezeigt wird.
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Zu diesem Zweck wird der Meßbereich mittels eines Tastkopfes K, der
z. B. nach Art der Fig. ii aufgebaut sein kann, periodisch abgetastet. Dieser liefert,
wie in den schon beschriebenen Beispielen, über einen Verstärker V Zündimpulse 71
auf das Gitter eines Thyratrons 72. Das Thyratron 72 wird vom Netz über einen Phasenschieber
73 und einen Graetz-Gleichrichter 74 mit einer gleichgerichteten Wechselspannung
75 gespeist. Die am Kathodenwiderstand 76 des Thyratrons 72 abfallende Spannung
ist an einem Nullverstärker 77 einer konstanten Bezugsspannung entgegengeschaltet,
welche von einem Gleichrichter 78 geliefert wird. Der Nullverstärker 77 steuert
einen StellmotorM, welcher den Phasenschieber 73 so lange verstellt, bis die Spannungsdifferenz
an dem Nullverstärker verschwindet.
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Mit dem Phasenschieber ist eine Anzeigevorrichtung gekoppelt, welche
die Schnittlänge anzeigt. Wie sich leicht einsehen läßt, ist die Anzeige vollständig
linear, auch wenn die Speisespannung sinusförmig ist. Da der Phasenanschnitt des
Thyratrons außerdem stets im gleichen Winkelbereich erfolgt, bleibt die absolute
Genauigkeit der Anzeige, welche im wesentlichen durch die Ansprechempfindlichkeit
des Nullverstärkers bestimmt wird, über einen großen Meßbereich konstant.
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Fig. 7 zeigt eine ähnliche Anordnung. Hier wird aber nicht nur die
Schnittlänge gemessen, sondern es wird in Abhängigkeit von dem erhaltenen Meßwert
der Rollgang so gesteuert, daß das Walzgut in einer voreinstellbaren Lage, bei welcher
also die Stirnfläche 81 des Walzgutes eine voreinstellbare Strecke hinter der Schere
83 liegt, zur Ruhe kommt.
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Ein Tastkopf K nach Art von Fig. 11 gibt über einen Verstärker V
Impulse 84 auf das Gitter eines Thyratrons 85. Das Thyratron 85 wird von einem Phasenschieber
86, der am Netz liegt, über einen Transformator 87 und einen Graetz-Gleichrichter
88 mit einer gleichgerichteten Wechselspannung gespeist. Der Phasenschieber 86 ist
von Hand einstellbar und mit einer Anzeigevorrichtung 88 verbunden, an welcher die
Endlage des Walzgutes, d. h. die Schnittlänge, ablesbar ist. In einem Kreis 89 wird
die an dem Kathodenwiderstand 91 abfallende Spannung einer von einem Gleichrichter
92 gelieferten konstanten Bezugsspannung entgegengeschaltet.
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Die Impulse 84 werden außerdem auf das Gitter eines zweiten Thyratrons
93 gegeben. Das Thyratron 93 wird von einer zweiten Sekundärwicklung 94 des Transformators
87 zwecks galvanischer Trennung
über einen Graetz-Gleichrichter 95 ebenfalls mit
gleichgerichtetem Wechselstrom gespeist. Am Kathodenwiderstand 96 des Thyratrons
93 fällt dann ebenfalls eine der Lage der Kante 81 entsprechende Spannung 97 ab.
Diese wird mittels eines Differenziergliedes 98 differenziert, und man erhält einen
geschwindigkeitsproportionalen Meßwert, welcher in einem Kreis 99 dem vom Thyratron
85 und dem Gleichrichter 92 abgeleiteten Differenzmeßwert entgegengeschaltet wird.
Von dem so erhaltenen Summen- oder Differenzsignal wird ein Steuergerät 100 beaufschlagt,
welches in nicht näher dargestellter Weise die Rollgangmotoren steuert.
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Bei der beschriebenen Anordnung kann an dem Phasenschieber bequem
und genau die Endlage des Walzgutes und damit die Schnittlänge eingestellt werden.
Durch die beschriebene Geschwindigkeitsrückkopplung wird erreicht, daß das Walzgut
ohne Überschießen und Pendelungen in diese Endlage einläuft. Im Endzustand ist der
aufgeschaltete Geschwindigkeitsmeßwert Null, und der Phasenanschnitt des Thyratrons
85 erfolgt so, daß die Spannung am Widerstand 91 gleich der Bezugsspannung des Gleichrichters
92 ist.
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Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß die Erfindung ein weites
Anwendungsgebiet hat, und die gesohilderten Anwendungsbeispiele sind keineswegs
erschöpfend. Statt eines Thyratrons, also einer gasgefüllten, glttergesteuerten
Elektronenröhre, könnte auch ein anderes, äquivalent wirkendes Schaltelement Verwendung
finden, beispielsweise ein Halbleiterschaltelement. Der Ausdruck gesteuerter Gleichrichter
in Beschreibung und Ansprüchen soll so verstanden werden, daß er derartige Äquivalente
mit umfaßt.