DE102022125630A1

DE102022125630A1 - Anordnung mit zwei voneinander unter Ausbildung eines Spaltes beabstandeten Walzen mit einem Spaltweitenmesssystem

Info

Publication number: DE102022125630A1
Application number: DE102022125630.8A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Bold; Simon Ole von Werder; Robin Ströbel; Jürgen FLEISCHER
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2022-10-05
Filing date: 2022-10-05
Publication date: 2024-04-11

Abstract

Anordnung mit einem Spalt (1) zwischen zwei Walzen (2, 3) mit einem Spaltweitenmesssystem, umfassend eine Lichtquelle (4) für einen kohärenten Lichtstrahl (5), einen Lichtdetektor (9) mit einer Aufnahmefläche (10) für die Erfassung von Beugungssignalen (11) des Lichtstrahls nur in nullter und erster Ordnung ausgehend vom Spalt, Verstellmittel (12, 13) für die Lichtquelle und/oder dem Lichtdetektor in zumindest eine windschief zu den Walzen orientierte laterale Verstellrichtung und/oder für die Weite des Spalts zwischen den beiden Walzen, eine Auswerteeinheit (14) mit hinterlegten Erfahrungswerten und eine Vergleichslogik für einen Vergleich der Beugungssignale mit den Erfahrungswerten sowie eine Steuerungseinheit (15) für die Verstellmittel, wobei Lichtquelle, Spalt und Lichtdetektor in der genannten Reihenfolge fluchtend in einer Linie angeordnet sind sowie in der Vergleichslogik Limits für den Vergleich mit Auslösemittel für Triggersignale für die Steuereinheit vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit zwei voneinander unter Ausbildung eines engsten Spaltes beabstandeten Walzen mit einem Spaltweitenmesssystem, insbesondere für eine Verwendung als In-Line Spaltmesssystem für eine Spaltweitenmessung zwischen den Oberflächen von zwei Kalanderwalzen in einem Kalander beispielsweise für die Elektrodenproduktion für Batteriezellen, mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs.
Die Erfindung ist auf dem Gebiet der Messtechnik angesiedelt und dient insbesondere der Qualitätssicherung in einer Produktion unter Verwendung eines Kalanders z.B. für die Herstellung von ebenen Werkstücken und Blechen wie z.B. Batterieelektroden. Ziel ist im letztgenannten Fall eine Erhöhung der Energiedichte auf den Elektroden durch eine exakte Einstellbarkeit der Elektrodendicken, die mittelbar durch eine Abstandsmessung der die Elektrode bearbeiteten Kalanderwalzen (Spaltweitenmessung) erfassbar ist. Diese Qualitätssicherungsmaßnahme lässt aber auch auf andere Walz- und Kalandrierprozesse übertragen.
Das Spaltweitenmesssystem ist Teil eines Walzprozesses und soll dabei einer automatisierbaren Gewährleistung einer hohen Wiederholgenauigkeit der Werkstückdicke der durch den Walzprozess bearbeiteten Werkstücke wie z.B. die vorgenannten Elektroden dienen. Dabei soll es Stellsignale für die Einstellung des Spalts über eine Verstellung der Walzen für einen automatisierbaren Walzprozess zur Verfügung stellen. Eine absolute Messung des gewalzten Werkstückedicken dagegen ist nicht beabsichtigt, da insbesondere thermische und mechanische elastoplastische Verformungen des Werkstücks, der Walzen und auch der Walzenlagerungen und -aufhängungen eine sensible Messdrift hervorrufen. In einem automatisierten Herstellungsprozess wird dies nicht angestrebt.
Aus dem Stand der Technik sind folgende Konzepte für eine Spaltweitenmessung zwischen zwei Walzen bekannt:

Optische Mikrometer:
- Optische Mikrometerkonzepte, beispielhaft in DE 579 951 A , DE 2 237 329 A oder DE 197 24 364 C2 offenbart, werden zur berührungslosen In-Line-Überwachung von Fertigungsprozessen oder zur In-Line-Qualitätskontrolle eingesetzt.

Ein optisches Mikrometer umfasst eine Lichtquelle, vorzugsweise ein LED oder einen Laser als Sender, eine Kombination aus Linsen, Filtern und/oder Spiegeln als Senderoptik sowie einen Detektor, beispielsweise CCD- oder CMOS-Chips.
Das Licht der Lichtquelle wird in der Senderoptik z.B. zu einem Lichtvorhang aus parallelen Strahlen aufgeweitet und zum Detektor geleitet. Befindet sich ein Messobjekt in dem Lichtvorhang, so wird dieser partiell abgeschattet zum Detektor geleitet. Die Abschattung gibt Auskunft über Abmessungen und Lage des Messobjekts wie auch z.B. Spaltweiten und Durchmesser.
Die Genauigkeit bei optischen Mikrometern ist jedoch abhängig von dem Abstand zwischen Sender und Empfänger. Eine in der Elektrodenherstellung erforderliche Auflösung bis unter 1µm Genauigkeit ist für eine Applikation an Kalanderwalzen mit Durchmessern bis über 700 mm allein schon mangels zur Verfügung stehenden Bauraum nicht gewährleistbar.
Kapazitiver Spaltsensor:
Ferner sind aus DE 25 03 130A1 , DE 40 09 544 C1 sowie EP 0 698 428 A für die Spaltmessung entwickelte kapazitive Sensoren bekannt. Diese weisen auf der Ober- und Unterseite zwei kapazitive Sensoren auf, die in einen Spalt zur Erfassung der Spaltweite einführbar sind.
Indirekte Walzenspaltmessung:
Bei einer indirekten Spaltweitenmessung, wie in DE 25 43 738 A1 offenbart, wird nicht der Walzenspalt direkt gemessen, sondern die Dicke des im Walzenspalt verformten Werkstücks oder eines anderen Testmaterials. Eine solche indirekte Messung eignet sich nicht für eine Automatisierung eines kontinuierlichen Prozessablaufs.
Taktile Spaltmessgeräte:
Für eine taktile, berührende Spaltmessung sind mehrere Ansätze bekannt.
Aus der DE 10 2008 023 028 A1 ist ein Handmessgerät bekannt, das speziell für die Spaltweitenmessung zwischen Walzen oder anderen Objekten mit zylindrischer Oberfläche entwickelt wurde. An das Handmessgerät ist mittels Kabel ein Messkeil angeschlossen, der wiederum in den zu vermessenden Spalt gesteckt wird. Dabei werden an der Keiloberfläche die Kontaktpunkte zu den Walzen bestimmt. Davon ausgehend wird der Spalt errechnet und im Display des Handgeräts ausgegeben. Die Auflösung liegt bei 5 um.
US 7.305.894 B2 offenbart ferner ein Spaltmessgerät mit Messspitzen mit Federelementen und Dehnmesstreifen mit Linien- und Punktberührung. Es erfüllt damit die Funktion einer für klassischen Fühlerlehren.
Ferner beschreibt DE 351 22 90 A1 eine Meßeinrichtung zum Messen des Spaltes zwischen zwei Walzen oder Rollen mit einem Messkörper, an dem zur Ausrichtung des Messkörpers zwischen den Walzen bzw. Rollen an einer Seite mindestens drei mit einer Oberfläche einer der Walzen bzw. Rollen in Kontakt gelangende Stützrollen vorgesehen sind, wobei die Achsen der Stützrollen senkrecht zu den Achsen der Walzen bzw. Rollen gerichtet und am Messkörper schwenkbeweglich gelagert sind.
Für die Anwendung am Kalander ergibt sich im Zusammenhang mit taktiler Messung hauptsächlich das Problem einer empfindlichen Walzenoberfläche. Diese darf zur Erfüllung der Funktion nicht beschädigt werden, weshalb direkte Kontakte vermieden werden sollten. Zusätzlich sind die genannten taktilen Spaltmessgeräte zur Automatisierung nicht geeignet beziehungsweise erfüllen nicht die Anforderung einer Auflösung von maximal 1 um.
Wirbelstromsensorbasiertes Verfahren:
DE 196 31 438 C2 offenbart beispielhaft einen berührungslos messenden Wirbelstromsensor. Er nutzt eine Spule, die mit einem hochfrequenten Wechselstrom gespeist ein elektrisches Feld erzeugt, was in leitfähigen Messobjekten Wirbelströme hervorruft. Dies führt zu einer entfernungsabhängigen Impedanzänderung der Spule, die zur Ermittlung des Abstandes herangezogen wird. Zusätzlich zu zwei Wirbelstromsensoren besteht das System einer Auswerteelektronik. Mithilfe der beiden Wirbelstromsensoren wird der Abstand jeweils vom Walzenschaft zur Sensoroberfläche gemessen, sodass über die Differenz der Walzenspalt abgeleitet werden kann. Um einer Schiefstellung der Walzen vorzubeugen, wird ein solches System auf beiden Seiten seitlich des Walzenspalts angebracht.
Wirbelstromsensorbasierte Verfahren erlauben jedoch ausschließlich Messungen außerhalb des Walzenspalts dienen damit nur einer mittelbaren Messung der Spaltweite über eine Berechnung und ohne Einflüsse wie z.B. die Walzendurchbiegung.
Eine wesentliche nach dem Kalandrierprozess erfasste Größe zur Qualitätssicherung ist die Materialdicke des bearbeiteten Werkstücks. Beeinflussenden Prozessparameter sind dabei die Höhe des Walzenspalts sowie die im Spalt auf das Werkstück wirkende Kraft, die beispielsweise über den Druck der die Kraft erzeugenden Hydraulikzylinder erfassbar ist. Die Materialdicke des Werkstücks wird über die Walzenspaltabmessungen, und die Kraft sowie zu berücksichtigende elastische Nachgiebigkeiten beeinflusst. Das Werkstück federt nach dem Walzprozess auf, sodass über das Material nicht auf die exakte Spalthöhe eingegangen werden kann. Zudem erfahren die Walzen aufgrund der wirkenden Kräfte eine Biegung, sodass auch die Kenntnis der Verfahrwege der Hydraulikzylinder allein für eine Erfassung der Materialstärke nicht ausreichend ist.
Davon ausgehend liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Anordnung mit zwei voneinander unter Ausbildung eines engsten Spaltes beabstandeten Walzen mit einem berührungslosen Spaltweitenmesssystem ohne die vorgenannten Einschränkungen vorzuschlagen, wobei das Spaltweitenmesssystem die Spaltweite direkt an den Kalanderwalzen aufnimmt und ohne Applikationen unmittelbar zwischen den Kalanderwalzen auskommt. Dabei soll der Verlauf des Walzenspaltes sowie die absolute Spaltgröße mit Hilfe des Messsystems in ausreichender Genauigkeit ermittelbar sein.
Die Aufgaben werden mit einer Anordung mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Unteransprüche, die sich auf diese beziehen, geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Anordnung mit zwei voneinander unter Ausbildung eines engsten Spaltes beabstandeten Walzen mit einem Spaltweitenmesssystem vorgeschlagen, umfassend folgende Komponenten:

1. eine Lichtquelle für einen kohärenten Lichtstrahl mit einem den Querschnitt des Spaltes kreuzenden und bis zu den an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der beiden Walzen reichenden Wirkbereich:
- Um Beugungsmuster eines Lichtstrahls an einem Spalt zwischen zwei vorzugsweise um ihre Symmetrie- oder Drehachse rotationssymmetrische Walzen zu erzeugen, muss dieser nicht nur den Querschnitt des Spaltes kreuzen, sondern auch die Spaltweite bildenden an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der beiden Walzen als Spaltgrenzen mit angeleuchtet werden. Vorzugsweise sind diese beiden an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der beiden Walzen parallel zueinander ausgerichtet, sodass sich die Spaltweite zumindest im Messbereich, d.h. im Lichtstrahlquerschnitt, in axialer Walzenrichtung unverändert und damit einheitlich ist. Weiter bevorzugt sind die beiden Walzen - wie bei Kalanderwalzen üblich - zylindrisch und wie deren Symmetrie- oder Drehachsen parallel zueinander angeordnet.
- Eine mögliche Ausgestaltung sieht vor, die Walzen kegelstumpfförmig zu gestalten, wobei deren Symmetrie- oder Drehachsen in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind. Windschief sind die beiden Walzen sowie deren Symmetrie- oder Drehachsen dabei nicht zueinander angeordnet. Der Querschnitt des Spalts liegt auf einer Ebene, die durch die Symmetrie- und Drehachsen der beiden rotationssymmetrischen Walzen beidseitig des auszumessenden Spalts aufgespannt wird. Die Ebene durchschneidet auch die Walzenoberflächen exakt auf den vorgenannten begrenzenden Linien auf den Mantelflächen der Walzen, die zugleich den kleinsten Abstand der Oberflächen zueinander darstellen und so die zu erfassende Spaltweite begrenzen.
2.einen Lichtdetektor mit einer Aufnahmefläche für die Erfassung von Beugungssignalen des Lichtstrahls nur in nullter und erster Ordnung ausgehend vom Spalt:
- In diesem Bereich zwischen der nullten und ersten Ordnung zeigt sich, dass die an den Walzenoberflächen erzeugten Reflexions- und Streusignale im Verhältnis zu den gebeugten Lichtsignalen am geringsten ausfallen und so in vorteilhafter Weise die Messung am geringsten beeinflussen. Auch weisen die Beugungsmuster in diesem Beugungsbereich absolut die größten Intensitäten auf. Die Aufnahmefläche des Lichtdetektors ist vorzugsweise eben und dabei bevorzugt parallel zum Querschnitt des Spalts ausgerichtet.
3.Verstellmittel für die Lichtquelle und/oder dem Lichtdetektor in zumindest eine windschief zu den Walzen orientierte laterale Verstellrichtung und/oder für die Weite des Spalts zwischen den beiden Walzen:
- Die Verstellmittel ermöglichen einerseits optional eine Höhenverstellung von Lichtdetektor und/oder Lichtquelle und damit der Justierung des Lichtstrahls zwischen diesen Komponenten durch den Spalt, vorzugsweise durch die geometrische Spaltmitte zwischen den beiden Walzen. Ziel ist es, Lichtquelle, Spalt und Lichtdetektor in der genannten Reihenfolge in einer Linie anzuordnen, wobei die Linie gerade durch die vorgenannte Spaltmitte verläuft und durch den Lichtstrahl gebildet wird. Die Höhenverstellung erfolgt folglich in einer windschiefen Richtung, weiter bevorzugt zusätzlich orthogonal zu den Kalanderwalzen, im beispielhaften Falle horizontal ausgerichteter Walzen vorzugsweise in vertikaler Richtung abseits der Walzen. Optional wird vorgeschlagen, die Verstellmittel als Positionsverstellmittel und/oder Winkelverstellmittel mit mehreren Freiheitsgraden für die Lichtquelle und/oder dem Lichtdetektor auszugestalten, die nicht nur die vorgenannte laterale Einstellung des Lichtstrahls auf die Spaltmitte ermöglichen, sondern zumindest auch eine Winkelverstellung des Lichtstrahls zu einem bevorzugt orthogonalen Durchtritt des Lichtstrahls zum Querschnitt des Spalts ermöglicht. Vorzugsweise ist neben der vorgenannten lateralen Verschiebbarkeit auf einer Ebene über die Spaltweite zwischen den Walzen (d.h. auf einer Ebene orthogonal zur Querschnittsfläche des Spalts und orthogonal zu den bevorzugt zueinander parallelen Walzen oder zumindest an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen zumindest einer der beiden Walzen) auch eine Winkelverschiebbarkeit auf derselben Ebene (über die Spaltweite zwischen der Walzen).
- Die Verstellmittel ermöglichen andererseits optional eine Verstellbarkeit der Spaltweite zwischen den beiden Walzen. Die Verstellung der Spaltweite verläuft über den Spaltquerschnitt gleich, d.h. die bevorzugt parallel zueinander ausgerichteten Walzen bleiben auch während und nach der Verstellung parallel zueinander (parallele Verschiebung). Damit lässt die Dicke eines gewalzten Werkstücks während des laufenden Walzprozess ohne Unterbrechung korrigieren. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht motorische Verstellmittel (Stellantrieb) vor, die an der Symmetrie- oder Drehachse zumindest, vorzugsweise nur einer Walze angreifen und diese gleichförmig lateral verschieben, und zwar beidseitig der Walze. Die Änderung der Spaltweite zwischen den beiden Walzen wird bevorzugt mit Stellantrieben für eine Parallelverschiebung einer Walze umgesetzt.
4. eine Auswerteeinheit mit hinterlegten Erfahrungswerten und eine Vergleichslogik für einen Vergleich der Beugungssignale mit den Erfahrungswerten:
- Die Auswerteeinheit dient der Auswertung der Messwerte aus dem Lichtdetektor, vorzugsweise der Bestimmung der Spaltweite des vom Lichtstrahl angestrahlten Bereichs des Spalts. Ferner dient die Auswerteeinheit der Überwachung der von den Kalanderwalzen bearbeiteten Werkstücke, indem die bestimmten Spaltweiten, zumindest aber die Beugungssignale (Rohmesswerte) als Istwerte mit den hinterlegten Erfahrungswerten (Sollwerte) mittels einer Vergleichslogik vergleichbar sind. Abweichungen zwischen Ist- und Sollwerte sind für eine Auslösung einer Maßnahme wie z.B. eine Alarmauslösung oder eine Verstellung der Kalanderwalzen zueinander heranziehbar. In der Vergleichslogik sind hierzu Limits für den Vergleich mit Auslösemittel für Triggersignale für die Steuereinheit vorgesehen.

Eine wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, Licht auf den Walzenspalt zu projizieren, wobei es zu einer Beugung am Walzenspalt kommt und ein Interferenzmuster entsteht, welches vermessen Rückschlüsse auf die Spaltgröße erlaubt. Im Falle einer nur optional vorgeschlagenen Ausgestaltung des die Lichtquelle verlassenden kohärenten Lichtstrahls als parallele Lichtstrahlen ist zudem eine Erfassung der Breite eines durch den Spalt erzeugten Schattenbildes oder eines ungebeugt hindurchtretenden Lichtstrahlanteils möglich. Beugung tritt auf, wenn Licht auf Kanten oder schmale Verengungen wie z.B. an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der beiden Walzen, erzeugt durch lichtundurchlässige Objekte, trifft.
Unter Interferenz versteht man die stationäre (zeitlich konstante) Überlagerung von elektromagnetischen Wellen. Dabei addieren sich die Wellen nach dem Superpositionsprinzip zu einer Welle mit der entsprechenden Amplitude. Voraussetzung für stationäre Interferenz ist die Kohärenz der Lichtwellen über den gesamten Bereich, in dem die Wellen interferieren.
Die Amplitude der resultierenden Welle ist hauptsächlich vom Versatz der Wellenberge und -täler abhängig, welcher meist auf einen Gangunterschied zurückzuführen ist. Gebunden an den Gangunterschied, gibt es zwei Grenzfälle der Interferenz, zwischen denen sämtliche Mischformen auftreten können. Der eine Grenzfall ist die konstruktive Interferenz. Dabei treffen jeweils die Berge der einzelnen Wellen aufeinander und addieren sich somit zur größtmöglichen Amplitude. Dies tritt ein, wenn der Gangunterschied ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist oder die Phasenverschiebung ein ganzzahliges Vielfaches von 360° ist. Ist der Gangunterschied um genau eine halbe Wellenlänge größer oder kleiner oder die Phasenverschiebung um ±180° verändert, so tritt der zweite Grenzfall, die destruktive Interferenz, auf, bei der sich jeweils ein Wellenberg und ein Wellental überlagern, was zur Auslöschung der Wellen führt.
Beugung an einem Einzelspalt tritt auf, wenn Lichtstrahlen auf Kanten oder schmale Verengungen, erzeugt durch lichtundurchlässige Hindernisse, trifft. Diese Hindernisse und Verengung werden im Rahmen der Erfindung durch zwei voneinander unter Bildung eines Spalts beabstandete Walzen gebildet. Dabei weichen Anteile der Lichtstrahlen von ihrer eigentlichen Bahn ab. So kommt es dazu, dass Licht an Stellen auftritt, die nach strahlenoptischer Betrachtung eigentlich abgeschirmt sind.
Ist der Spalt der etwas größer oder gleich groß wie die Wellenlänge des Lichtes, kommt aufgrund einer Beugung der Elementarwellen zu Interferenzen. Diese bilden ein Interferenzmuster mit vom Beugungswinkel abhängigen Intensitätsminima und -maxima aus, die durch den Lichtdetektor (Aufnahmefläche) ortsaufgelöst empfangbar sind. Ein Interferenzmuster weist ein Beugungsmaximum nullter Ordnung auf, und zwar in Fortsetzung des Lichtstrahls durch den Spaltquerschnitt auf Höhe der Spaltweitenmittel, auch Lot genannt. Beidseitig von diesem erstrecken sich symmetrisch mehrere Maxima und Minima (Beugungsmaxima bzw. -minima erster, zweiter, dritter etc., d.h. n-ter Ordnung, n = ganzzahlig) in abwechselnder Reihenfolge und mit von dem nach außen hin abnehmender Intensität. Die Ausbreitung von gebeugten Lichtstrahlen ist orthogonal zum Spalt.
Das Interferenzmuster und der Winkel α (Beugungswinkel) zwischen dem Lot (nullte Beugungsmaximum) und den Beugungsmaxima ausgehend vom Spalt ist abhängig von der Spaltweite b, der Wellenlänge A sowie dem Abstand a zwischen dem Spalt und der Aufnahmefläche.
Das nullte Beugungsmaximum liegt genau auf dem Lot des Walzenspaltes (d.h. auf der Höhe der Spaltmitte). Der Winkel α zwischen dem Lot und erstem Maximum ergibt sich aus $sin (α) = \pm (x + 0,5) λ / b$
(Wellenlänge λ, Spaltweite b, Ordnung der Beugungsmaxima x) mit x=1 und zu $α = sin - 1 ((\pm 3 / 2) λ / b) .$
Eine Besonderheit der beanspruchten Anordnung liegt in der Begrenzung des Spalts durch der an den Querschnitt des Spalts angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der Walzen mit einem Walzenradius anstelle von scharfkantigen Spaltbegrenzungen. Ein an den Linien auf den Mantelflächen auftreffender Lichtstrahl kann somit an der Linie nicht ungehindert gebeugt werden, sondern es bilden sich Reflexionen und Lichtstreuung an den die Linien umgebenden Mantelflächen der Walzen, die das vorgenannte an die Aufnahmefläche weitergeleitete Interferenzmuster signifikant beeinflussen oder stören, je größer der Beugungswinkel ist. Um diesen Einfluss zu begrenzen, werden die folgenden Maßnahmen vorgeschlagen:

- Es wird vorgeschlagen, ausschließlich für die Spaltweitenmessung zwischen zwei Walzen nur die Entfernung zwischen nullten und ersten Beugungsmaxima oder weiter bevorzugt des nullten Beugungsmaximums und der ersten Beugungsminima (zwischen nullten und ersten Beugungsmaxima) heranzuziehen.
- Alternativ oder ergänzend werden zusätzlich hierzu der Glanzgrad der Mantelflächen in den Wirkbereichen des Lichtstrahls mittels einer Beschichtung mit einer matten Oberfläche oder Antireflexschicht oder Erhöhung der Oberflächenrauigkeit verringert, womit in vorteilhafter Weise auftreffende Lichtstrahlen absorbiert und/oder gestreut anstatt reflektiert werden.
- Um den Einfluss von Reflexionen oder Streuung an den Mantelflächen der Walzen weiter zu reduzieren, wird vorzugsweise der Einwirkbereich des Lichtstrahls der Lichtquelle auf die Mantelfläche weitgehend begrenzt. Der Lichtstrahl wird bereits vor dem Erreichen des Spaltes begrenzt, vorzugsweise nur auf die den Spalt begrenzenden Linien auf den Mantelflächen. Weiter bevorzugt wird hierzu zwischen Lichtquelle und Spalt eine Blende vorgeschlagen, die die Walzen bis auf die den Spalt begrenzenden Linien möglichst weitgehend vom Lichtstrahl abschattet.
- Eine weitere Maßnahme sieht eine Ausgestaltung der hinter dem Kalanderspalt angeordneten Komponenten oder Flächen in der Weise (Ausrichtung oder Schwärzung von Reflexionsbereichen) vor, dass an diesen Beugungen höherer Ordnung nicht reflektiert werden können.

Ein entscheidender Faktor zur Erzeugung des Interferenzspektrums ist die Kohärenz des Lichts. Besonders gut zur Erzeugung von kohärentem Licht eignen sich Laser als Lichtquelle. Laserlicht bietet zusätzlich den Vorteil einer guten Fokussierbarkeit und eine hohe Intensität, was für eine deutliche Erkennbarkeit der Beugungssignale durch den Lichtdetektor sorgt. Die Erfassung der Walzenspaltweite erfolgt mit einer Auflösung im 0,1 um-Bereich, vorzugsweise mit einer Zeilenkamera mit einer Aufnahmekonfiguration 8160 Pixel, Sensorlänge 40,8mm und Pixelgröße 5pm, die in einem Abstand von bevorzugt zwischen 1000 und 1500 mm (z.B. 1135 mm) zum Spalt angeordnet ist. Als Lichtquelle dient beispielsweise entspricht einem Diodenpunktlaser mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 600 nm (z.B. 450 nm), die durch den Lichtdetektor erfassbar sein muss.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung wird eine idealisiert punktförmige Lichtquelle, weiter vorzugsweise eine Laserlichtquelle vorgeschlagen, vorzugsweise geeignet für eine Erzeugung eines Lichtstrahls mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 500nm. Eine punktförmige Lichtquelle Sie ist vorzugsweise mit einem Abstand größer als das zehnfache, weiter bevorzugt als das zwanzigfache der Spaltweite vor dem Spalt angeordnet, sodass der Lichtstrahl über die gesamte Spaltweite nahezu parallel auftritt.
Eine alternative Ausgestaltung sieht eine Lichtquelle für die Erzeugung eines rechteckigen Lichtstrahlenquerschnitts mit parallelen Lichtstrahlen vor, mit dem die gesamte Spaltweite einschließlich der an den Querschnitt des Spalts angrenzenden Linien auf den Mantelflächen erfasst. Der rechteckige Lichtstrahlenquerschnitt mit einem Längen zu Breiten-Verhältnis von vorzugsweise über 10, weiter bevorzugt über 20, wird dabei vorzugsweise senkrecht zu den angrenzenden Linien auf den Querschnitt des Spalts projiziert. Der Lichtstrahl wird dabei vorzugsweise durch eine entsprechende, Lichtquelle mit einer Vorsatzoptik erzeugt.
Bevorzugt kreuzt der kohärente Lichtstrahl orthogonal den Querschnitt des Spaltes.
Der Lichtdetektor ist im Rahmen einer bevorzugten Ausführung eine Kamera, beispielsweise eine vorgenannte Zeilenkamera mit einer Aufnahmekonfiguration 8160 Pixel, Sensorlänge 40,8mm und Pixelgröße 5pm, die den Intensitätsverlauf des Lichtspektrums aufnimmt und als Foto abbildet. Um eine Verfälschung der Beugungssignale auf dem Foto oder ein Erfordernis einer komplexen Umrechnung und Kalibrierung zu vermeiden, wird eine Kamera vorzugsweise ohne Objektiv oder andere optisch manipulierende Vorschaltelemente vorgeschlagen. Das Beugungs-spektrum ist in seiner Ausdehnung vom Abstand der Walzen abhängig. Aus der Entfernung der Interferenzerscheinungen ist die Spaltweite über die für eine Beugung am Einzelspalt hergeleiteten Beziehungen herleitbar, wobei im Rahmen der Erfindung vorzugsweise ausschließlich die Entfernung des nullten und ersten Beugungsmaximums bzw. des nullten Beugungsmaximums und des ersten Beugungsminimums herangezogen werden.
Eine alternative bevorzugte Ausführungsform sieht eine Zeilenkamera oder ein CCD-Zeilendetektor als Lichtdetektor vor. Dabei ist die Zeilenkamera aus der Perspektive der Lichtquelle vorzugsweise orthogonal zum Spalt ausgerichtet (wie vorgenannter rechteckige Lichtstrahlenquerschnitt), wobei die Zeilen parallel zu der Fläche, die durch den Spalt und den Lichtstrahl aufgespannt ist, ausgerichtet sind. Spalt und Lichtdetektor sind in ihrer jeweiligen größten geometrischen Erstreckung somit windschief und nicht parallel zueinander ausgerichtet und überlagern sich so aus der Perspektive von der Lichtquelle aus gesehen zu einem Kreuz. Die Zeilen der Zeilenkamera oder CCD-Zeilendetektors sind vorzugsweise parallel zu der größten Erstreckung des Spaltes ausgerichtet.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass zumindest die beiden an den Querschnitt angrenzenden Linien auf den Mantelflächen der beiden Walzen parallel und/oder die beiden Walzen zylindrisch und parallel zueinander sind, zumindest um den Einwirkbereich eines Lichtstrahls herum. Dies bedeutet, dass der Spalt axial zu den Walzen über die gesamte Spaltlänge bzw. um den Einwirkbereich eines Lichtstrahls herum eine einheitliche Spaltweite aufweist.
Bei dem vorbeschriebenen Spaltweitenmesssystem handelt sich um ein In-Linie-Messsystem, welche eine berührungsfreie Bestimmung der breite selbst sehr kleiner Spalte zulässt. Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass der Lichtstrahl und damit insbesondere der geometrische Abstand insbesondere Lichtquelle zum Spalt flexibel gestaltbar ist und auch größere Lauflängen z.B. über 1m bis hin zu 20 oder 50 m und weiter zulässt. Die Anordnung bietet hier insbesondere die Möglichkeit, Laser und Detektor nahezu beliebig weit von dem Walzenpaar platzieren zu können, da lediglich eine Verdeckung des Lichtstrahls (vorzugsweise Laserlinie) verhindert werden muss. Somit ist das Spaltweitenmesssystem in vorteilhafter Weise flexibel auch in komplexere oder beengte Kalanderwalzenanordnungen und -systeme integrierbar.
Auch ist der geometrische Abstand auch vom Spalt zum Lichtdetektor flexibel gestaltbar. Eine Begrenzung des Messbereichs liegt bei der beschriebenen Lösung grundsätzlich nicht vor, da sich die Beugungseffekte mit zunehmender Entfernung vom Kalander, d.h. vom Spalt vergrößern und die Spaltweite somit sogar genauer ausgewertet werden können. Eine Begrenzung liegt allenfalls in der mit zunehmender Entfernung vom Spalt einhergehenden Reduzierung der Beugungslichtintensitäten.
Im Vergleich mit den eingangs genannten herkömmlichen Systemen ist bei Lösung vor allem der zu erwartende Genauigkeitsvorteil hervorzuheben. Limitierend sind hier lediglich die Auflösung sowie die Entfernung des Lichtdetektors zum Spalt. Die Auflösung des Detektors ist hier durch den aktuellen Stand der Technik begrenzt, wobei anzumerken ist, dass hier auch weiterhin starke Verbesserungen im Bereich der Industriekameras zu erwarten ist.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, den folgenden Figuren und Beschreibungen näher erläutert. Alle dargestellten Merkmale und deren Kombinationen sind nicht nur auf diese Ausführungsbeispiele und deren Ausgestaltungen begrenzt. Vielmehr sollen diese stellvertretend für weitere mögliche, aber nicht explizit als Ausführungsbeispiele dargestellte weitere Ausgestaltungen kombinierbar angesehen werden. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit zwei voneinander unter Ausbildung eines Spaltes beabstandeten Walzen mit einem Spaltweitenmesssystem,
2 schematisch im Detail den Bereich zwischen Spalt und Aufnahmefläche des Lichtdektors mit Beugungsmuster mit Beugungsmaxima nullter und erster Ordnung,
3a und b Draufsichten zweier Anordnungsbeispiele einer Spaltweitenmessung zwischen zwei Kalanderwalzen in einem Kalander beispielsweise für die Elektrodenproduktion für Batteriezellen,
4 einen beispielhaften Ablaufplan für eine Einstellung des Lasers sowie
5 einen beispielhaften Ablaufplan für eine Ausrichtung und Darstellungsoptimierung einer Messung eines Beugungsspektrums.

Den grundlegenden Aufbau gem. 1 zeigt eine Anordnung mit zwei voneinander unter Ausbildung eines Spaltes 1 beabstandeten Walzen 2 und 3 mit einem Spaltweitenmesssystem. Jenes umfasst eine Lichtquelle 4 für die Erzeugung eines kohärenten Lichtstrahls 5 mit einem den Querschnitt 6 des Spaltes kreuzenden und einen bis zu den an den Querschnitt angrenzenden Linien 7 auf den Mantelflächen 8 der beiden Walzen reichenden Wirkbereich. Ferner umfasst das Spaltweitenmesssystem einen Lichtdetektor 9 mit einer Aufnahmefläche 10 für die Erfassung von am Spalt gebeugten Lichtstrahlen 11 (Beugungssignalen des Lichtstrahls).
Ferner sind Verstellmittel 12, 13 für die Lichtquelle bzw. dem Lichtdetektor in zumindest eine windschief zu den Walzen orientierte laterale Verstellrichtung vorgehen. Im dargestellten Beispiel sind die Walzen 2 und 3 horizontal, die mit Doppelpfeilen angedeuteten Verstellrichtungen der Verstellmittel 12 und 13 vertikal dargestellt. Lichtquelle 4, Spalt 1 und Lichtdetektor 9 sind in der genannten Reihenfolge fluchtend in einer bevorzugt geraden Linie angeordnet, und sind mit den genannten Verstellmitteln auf diese Linie einjustierbar. Ferner sind eine Auswerteeinheit 14 mit hinterlegten Erfahrungswerten und eine Vergleichslogik für einen Vergleich der mittels der Aufnahmefläche erfassten Beugungssignale mit den Erfahrungswerten sowie eine Steuerungseinheit 15 für Steuersignale 17 für ein Anfahren und/oder Anhalten der Verstellmittel 12 und 13 vorgesehen. In der Vergleichslogik sind Limits für den genannten Vergleich vorgesehen, die mit Auslösemitteln versehen Triggersignale 16 für die Steuereinheit erzeugen. Damit lassen sich mit den Verstellmitteln Position der Lichtquelle und des Lichtdetektors relativ zum Spalt in Abhängigkeit zu den erfassten und ausgewerteten gebeugten Lichtstrahlen einstellen und zugunsten eines verbesserten Signal-Störsignal-Verhältnisses optimieren.
Weiterhin liefert die Steuerungseinheit 15 Steuersignale 17 für Verstellmittel 26 für die Weite des Spalts 1 zwischen den beiden Walzen 2 und 3. Im dargestellten Beispiel umfassen diese Stellmittel einen Stellantrieb 27 für eine bevorzugte Parallelverschiebung vorzugsweise nur einer Walze (um Beispiel die untere Walze). Die Verstellmittel umfassen im Rahmen der Erfindung auch Stellantriebe nur für die obere Walze oder auch beide Walzen, je nach Ausgestaltung des Kalanderprozesses und der hierfür erforderlichen geometrischen Rahmenbedingungen. Vorzugsweise wird angestrebt, dass nur die durch das durchlaufende Werkstück, wie z.B. Elekrodenband einer Batterie, entweder axial geringer belastete Walze oder mit einer geringeren Kontaktfläche auf der Mantelfläche (vorzugsweise nur die vorgenannten angrenzende Linie 7, während das Werkstück z.B. auf der Mantelfläche der anderen Walze über die Linie hinaus aufliegt) in Kontakt tretende Walze durch die Verstellmittel verstellbar gestaltet wird.
Vorzugsweise weisen die Verstellmittel 12 und 13 zusätzlich zu der mit Doppelpfeilen angedeuteten vertikal lateralen Einstellbarkeit auch weitere Verstellmöglichkeiten wie z.B. eine vertikale Winkelverstellbarkeit für die Lichtquelle und/oder Lichtdetektor auf, womit eine weitere Justierbarkeit des Spaltmesssystems gegeben ist. Insbesondere lässt sich der auf den Spaltquerschnitt auftreffende Lichtstrahl von einer grundsätzlich bevorzugten orthogonalen Einstrahlung auf den Querschnitt des Spaltes in seinem Winkel zugunsten eines weiter verbesserten Signal-Störsignal-Verhältnisses der empfangenen gebeugten Lichtsignale optimieren.
Nicht dargestellt sind optionale Abschattungselemente wie z.B. Blenden vorzugsweise zwischen Lichtquelle 4 und Spalt 1, die die Walzenoberflächen bis auf den Bereich der an den Querschnitt angrenzenden Linien 7 der Walzenoberflächen 8 vom Lichtstrahl abschattet.
2 zeigt schematisch im Detail den Bereich zwischen Spalt 1 zwischen den Walzen 2 und 3 und Aufnahmefläche 10 des Lichtdetektors mit angedeutetem Interferenzmuster 18 mit Beugungsmaxima nullter und erster Ordnung 19 bzw. 20 sowie den Beugungsminima erster Ordnung 21. Ferner werden ausgehend vom Spalt auch der Winkel α zwischen dem Lot 22 (Lichtstrahl zum Beugungsmaximum nullter Ordnung 19) und dem gebeugten Lichtstrahl 11, die Spaltweite b sowie der Abstand a zwischen dem Spalt und der Aufnahmefläche angezeigt.
Zwei bevorzugte Applikationsbeispiele des Spaltweitenmesssystems in einem Kalander sind in 3a und b dargestellt. In den beiden Draufsichten ist zur besseren Übersichtlichkeit nur die untere Walze 3 unter dem zu bearbeitenden Elektrodenband 23 des Walzenpaars (vgl. 1 und 2) dargestellt. Die nicht dargestellte obere Walze ist deckungsgleich über dem Elektrodenband angeordnet. Die Bewegungsrichtung des Elektrodenbands zwischen dem Walzenpaar verläuft im Beispiel von links nach rechts (d.h. in gleicher Richtung wie der Lichtstrahl 5) und ist auf diesem mit einem Pfeil gekennzeichnet. Ein gegenläufig orientierter Lichtstrahl liegt aber ebenfalls im Rahmen der Erfindung. In beiden Applikationsbeispielen sind je ein Spaltweitenmesssystem auf beiden Seiten des Elektrodenbands angeordnet, wobei die gebeugten Lichtstrahlen 11 und das Lot 12 in Verlängerung des kohärenten Lichtstrahls 5 jeweils eine Ebene bevorzugt senkrecht zum Elektrodenband 23 ausgerichtet aufspannen. 3a zeigt zwei apparativ getrennte Spaltweitenmesssysteme, deren Messsignale aber vorzugsweise an eine gemeinsame Auswerteeinheit weitergeleitet werden und deren Verstellmittel vorzugsweise durch eine gemeinsame Steuereinheit angesteuert werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 3a sind Mantelflächenbereiche mit abweichenden, vorzugsweise reduzierten Glanzgrad 24 angegeben, die sich insbesondere über die vom Lichtstrahl angeleuchteten umlaufenden Bereiche der Mantelfläche erstrecken. Diese Bereiche auf den Mantelflächen sind in ihrem Glanzgrad zumindest in den umlaufenden Wirkbereichen des Lichtstrahls mittels vorzugsweise einer Beschichtung mit einer matten Oberfläche oder Antireflexschicht oder mittels einer Erhöhung der Oberflächenrauigkeit verändert.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 3b werden die beiden Lichtstrahlen 5 über eine außerhalb des Kalanders angeordnete gemeinsame Lichtquelle 4 mittels Spiegelelemente 25 eingespeist. Auf diese Weise wird nicht nur beide Lichtstrahlen durch eine Lichtquelle generierbar, sondern auch der apparative Aufwand aufgrund einer dezentralen Anordnung der Lichtquellen außerhalb des Kalanders reduzierbar. Da die Anteile des kohärenten Lichtstrahls 5 vor Erreichen des Spaltquerschnitts 6 parallel verlaufen, kommt es auch nicht zu einer Auffächerung; die unterschiedlichen Lauflängen der beiden Lichtstrahlen spielen somit keine Rolle bei der Spaltweitenmessung. Die in 3b nicht weiter dargestellten Verstellmittel umfassen hierbei Stellmittel für die Lichtquelle und/oder für die Spiegelelemente.
4 zeigt einen beispielhaften Ablaufplan für eine Einstellung der beidseitig zum Werkstück angeordneten Lichtquellen. Es wird die Einstellung in zwei Blöcken 28 und 34 vorgeschlagen, wobei eine Einstellungshilfe mit einer Darstellung eines Kreuzes mit je einem Balken parallel und orthogonal zur bevorzugt horizontalen Spalterstreckung zur Justierung des jeweiligen Fokusstrahles eingesetzt wird. Im ersten Block erfolgt eine Ausrichtung der beiden kohärenten Strahlen vor Erreichen des Spalts zwischen den Walzen, während im zweiten Block eine Ausrichtung des durch den Spalt durchgetretenen und gebeugten Lichtstrahls (Beugungsmaximum nullter Ordnung) erfolgt.
Wie in 4 dargestellt, erfolgt zunächst im Rahmen des ersten Blocks 28 eine Aktivierung 29 der auf den Spalt voreingestellten beiden Lichtquellen sowie der Verstellmittel für die Lichtquellen. Es folgt durch jene jeweils eine separate Justierung 30 bzw. 31 der beiden aus diesen emittierenden kohärenten Lichtstrahlen auf das vor dem Spalt angeordneten Kreuz, umfassend eine vertikale laterale Justierung und anschließende horizontale Winkeljustierung der Lichtquellen, gefolgt von jeweils einer nachfolgenden vertikalen Winkeljustierung 32 bzw. 33 der beiden Lichtstrahlen über die vorgenannten Verstellmittel. Die Einstellhilfe ist zwischen der jeweiligen Lichtquelle und dem Spalt angeordnet.
In der darauffolgenden zweiten Block 34 erfolgt eine Justierung des bereits durch den Spalt durchgetretenen und gebeugten Lichtstrahls vorzugsweise anhand des Beugungsmaximums nullter Ordnung durch Verstellmittel für den Lichtdetektor. Die Einstellhilfe mit dem Kreuz ist ausgehend von der jeweiligen Lichtquelle hinter dem Spalt angeordnet. In einem ersten Schritt erfolgt jeweils eine horizontale Winkelnachjustierung 35 bzw. 36, gefolgt von jeweils einer vertikalen Winkelnachjustierung 37 bzw. 38 mit anschließender Dekativierung 39 der Lichtquelle und der genannten Verstellmittel.
Es zeigt sich jedoch, dass eine Ausrichtung des Lichtstrahls durch den Spalt anhand des Beugungsmaximums nullter Ordnung mit abnehmender Spaltweite b zunehmend erschwert wird. Aus diesem Grund hat es sich als praktikabel erwiesen, zunächst eine Vorabausrichtung an einem Spalt mit vergrößerte Spaltweite vorzunehmen. Die vergrößerte Spaltweite wird durch Verfahren nur einer der beiden Walzen eingestellt, vorzugsweise durch die 1 dargestellten Verstellmittel für die Weite des Spalts. Demnach handelt es sich hier um den Laserstrahl, welcher durch die vergößerte Spaltweite an der festen, d.h. nicht verstellte Walze knapp vorbei strahlt. Aufgrund der größeren Spaltweite ändert sich nicht nur das erzeugte Beugungsspektrum, sondern reduziert auch den störenden Einfluss dieses auf die Erfassung der für die Justierung erforderlichen Signale. Die Justierung wird anschließend mit reduzierter Spaltweite reduziert, wenn nötig iterativ in mehreren Schritten um unterschiedlicher Spaltweite.
Mit dem vorgenannten Procedere der Einstellung soll erreicht werden, dass der Laserstrahl an zwei Stellen, d.h. vor und nach Durchtritt durch den Spalt exakt auf das Kreuz ausgerichtet ist.
5 zeigt einen beispielhaften Ablaufplan für eine Ausrichtung und Darstellungsoptimierung einer Messung eines Beugungsspektrums. Vorangegangen ist eine Überprüfung und ggf. Justierung der Einstellung der beiden Lichtquellen wie zuvor anhand von 4 beschrieben. Dargestellt ist eine Messung für nur eine, entweder der ersten oder zweiten Anordnung von Lichtquelle, Spalt und Aufnahmefläche, wobei der Ablauf der jeweils anderen Anordnung in gleicher Weise bevorzugt synchron parallel oder aber zeitlich versetzt erfolgt.
In einem ersten Schritt erfolgt ein Justierung 40 der Aufnahmefläche des Lichtdetektors durch die hierfür vorgesehenen Verstellmittel an das Lot, an dem das Beugungsmaximum nullter Ordnung erwartet wird (vgl. 1 und 2). Es folgt dann ein schrittweises vertikales Verfahren der Lichtquelle mittels der hierfür vorgesehenen Verstellmittel (vorzugsweise im Beispiel - wegen der zunächst unbekannten Spaltweite - von der feststehenden Walze zur verschiebbaren Walze hin, d.h. von oben nach unten,), während dessen über den Lichtdetektor eine Erfassung 41 des auf die Aufnahmefläche projektierte Interferenzmusters erfolgt. Es erfolgt eine Überprüfung 42 des Interferenzmusters bezüglich der Erfassungsqualität der zu überwachenden Spaltweite b. Ist die Qualität des Interferenzmusters nicht ausreichend (-), erfolgt eine Wiederholung der vorgenannten Erfassung 41 und Überprüfung 42 nach zuvor vorgenommener Änderung 43 der Verfahrparameter, vorzugsweise der Schrittweite des Lichtquellenverfahrens und/oder Änderung der Verfahrrichtung (z.B. auf von unten nach oben), ggf. auch weiterer Verfahrparameter, beispielweise eine Anpassung des Verfahrwegs, optische oder elektronische Filterung der erfassten Signale z.B. zur Rauschunterdrückung oder auch eine Begrenzung des Lichtstrahls auf den Spalt durch Abschattungselemente wie z.B. Führungsbleche oder Blenden insbesondere zwischen der Lichtquelle und dem Spalt. Ist die Qualität ausreichend (+), liegt ein für die Erfassung geeignetes Spektrum 44 vor, das Datentechnisch aufbereitet für eine kontinuierliche Überwachung 45 der Spaltbreite b nutzbar ist. Während des gesamten Vorgangs muss die Qualität des Beugungsspektrums im Aufnahmeprogram der Kamera überwacht und die Ausrichtung entsprechend den Aufnahmen angepasst werden, bis diese für eine Auswertung geeignete sind.
Die Aufnahme wird im Speziellen erschwert, da es durch die Führungsbleche im Kalander aber auch den Walzen selbst zu Reflexionen kommt, wodurch bei zufälligen Erscheinungen der Eindruck eines Beugungsspektrums entstehen kann. Es hat sich gezeigt, dass eine Überlagerung mit bis zu drei spektrenähnlichen Erscheinungen sehr wahrscheinlich ist. Beim Verfahren des Hubtischs zeigten sich grundsätzlich eine Überlagerung von Reflexionen der Spektren beider Walzen mit dem Beugungsspektrum am Spalt, aber auch mit zusätzlichen Rauschsignalen, welche aus Reflexionen an den Walzen oder anderen Komponenten wie z.B. die vorgenannten Abschattungselemente (z.B. Blenden und/oder Führungsbleche) oder dem Werkstück resultieren.
Bezugszeichenliste:

1: Spalt
2: obere Walze
3: untere Walze
4: Lichtquelle
5: kohärenter Lichtstrahl
6: Querschnitt des Spaltes
7: an den Querschnitt angrenzenden Linien
8: Mantelfläche
9: Lichtdetektor
10: Aufnahmefläche
11: gebeugten Lichtstrahlen
12: Verstellmittel (Hubtisch) für die Lichtquelle
13: Verstellmittel für den Lichtdetektor
14: Auswerteeinheit
15: Steuerungseinheit
16: Triggersignal
17: Steuersignal
18: Interferenzmuster
19: Beugungsmaximum nullter Ordnung
20: Beugungsmaxima erster Ordnung
21: Beugungsminima erster Ordnung
22: Lot
23: Elektrodenband
24: Mantelflächenbereich mit abweichenden Glanzgrad
25: Spiegelelement
26: Verstellmittel für die Weite des Spalts
27: Stellantrieb
28: erster Block für Ablaufplan zur Lichtquellenjustierung
29: Aktivierung der beiden Lichtquellen
30: Justierung für erste Lichtquelle
31: Justierung für zweite Lichtquelle
32: vertikale Winkeljustierung für erste Lichtquelle
33: vertikale Winkeljustierung für zweite Lichtquelle
34: zweiter Block für Ablaufplan zur Lichtquellenjustierung
35: horizontale Winkelnachjustierung der ersten Lichtquelle
36: horizontale Winkelnachjustierung der zweiten Lichtquelle
37: vertikale Winkelnachjustierung der ersten Lichtquelle
38: vertikale Winkelnachjustierung der zweiten Lichtquelle
39: Deaktivierung der beiden Lichtquellen
40: Justierung der Aufnahmefläche des Lichtdetektors
41: Erfassung des auf die Aufnahmefläche projektierte Interferenzmusters
42: Überprüfung des Interferenzmusters
43: Änderung der Verfahrparameter
44: Spektrum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 579951 A [0004]
DE 2237329 A [0004]
DE 19724364 C2 [0004]
DE 2503130 A1 [0008]
DE 4009544 C1 [0008]
EP 0698428 A [0008]
DE 2543738 A1 [0009]
DE 102008023028 A1 [0011]
US 7305894 B2 [0012]
DE 3512290 A1 [0013]
DE 19631438 C2 [0015]

Claims

Anordnung mit zwei voneinander unter Ausbildung eines engsten Spaltes (1) beabstandeten Walzen (2, 3) mit Mantelflächen (8) mit einem Spaltweitenmesssystem, umfassend a) eine Lichtquelle (4) für einen kohärenten Lichtstrahl (5) mit einem den Querschnitt (6) des Spaltes kreuzenden und einen bis zu den an den Querschnitt angrenzenden Linien (7) auf den Mantelflächen (8) der beiden Walzen reichenden Wirkbereich, b) einen Lichtdetektor (9) mit einer Aufnahmefläche (10) für die Erfassung von Beugungssignalen (11, 19, 20, 21) des Lichtstrahls nur in nullter und erster Ordnung ausgehend vom Spalt (1), c) Verstellmittel (12, 13, 26) für die Lichtquelle (4) und/oder dem Lichtdetektor (9) in zumindest eine windschief zu den Walzen orientierte laterale Verstellrichtung und/ oder für die Weite des Spalts zwischen den beiden Walzen, d) eine Auswerteeinheit (14) mit hinterlegten Erfahrungswerten und eine Vergleichslogik für einen Vergleich der Beugungssignale mit den Erfahrungswerten sowie e) eine Steuerungseinheit (15) für ein Anfahren und/oder Anhalten der Verstellmittel (12, 13, 26), wobei f) Lichtquelle (4), Spalt (1) und Lichtdetektor (9) in der genannten Reihenfolge fluchtend in einer Linie angeordnet sind sowie g) in der Vergleichslogik Limits für den Vergleich mit Auslösemittel für Triggersignale für die Steuereinheit (15) vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden an den Querschnitt angrenzenden Linien (7) auf den Mantelflächen (8) der beiden Walzen (2, 3) parallel zueinander sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Walzen (2, 3) zylindrisch und parallel zueinander angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4) eine Laserlichtquelle ist, vorzugsweise geeignet für eine Erzeugung eines Lichtstrahls (5) mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 500nm.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kohärente Lichtstrahl (5) orthogonal den Querschnitt (6) des Spaltes kreuzt.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellmittel (12, 13) Positionsverstellmittel und/oder Winkelverstellmittel mit mehreren Freiheitsgraden für die Lichtquelle (4) und/oder dem Lichtdetektor (9) umfassen.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmefläche (10) parallel zum Querschnitt (6) des Spalts ausgerichtet ist.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtdetektor (9) eine Zeilenkamera oder ein CCD-Zeilendetektor ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeilenkamera oder der CCD-Zeilendetektor auf der Aufnahmefläche (10) mindestens eine von Vielzahl zueinander paralleler Aufnahmezeilen aufweist, wobei die Aufnahmezeilen parallel zu der Haupterstreckung des Querschnitts (6) des Spalts angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtdetektor (9) eine Kamera ist.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtdetektor (9) in seiner lateralen Erstreckung so dimensioniert ist, dass er für die Erfassung von Beugungssignalen (11, 19, 20, 21) des Lichtstrahls (5) zumindest nullter und beidseitig davon in erster Ordnung geeignet ist.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Lichtquelle (4) und Spalt (1) eine Blende angeordnet ist, die die Walzenoberflächen bis auf den Bereich der an den Querschnitt angrenzenden Linien (7) der Walzenoberflächen (8) vom Lichtstrahl abschattet.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (8) der Walzen (2, 3) in ihrem Glanzgrad zumindest in den Wirkbereichen des Lichtstrahls (5) mittels einer Beschichtung mit einer matten Oberfläche oder Antireflexschicht oder Erhöhung der Oberflächenrauigkeit verändert ist.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmefläche (10) für die Erfassung von Beugungssignalen (11, 19, 20, 21) des Lichtstrahls (5) nur in nullter und erster Ordnung ausgehend vom Spalt geeignet ist, wobei die Beugungssignale erster Ordnung (20, 21) nur die beidseitig zum Beugungssignal nullter Ordnung (19) angeordneten Beugungsminima erster Ordnung sind.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellmittel (26) für die Weite des Spalts zwischen den beiden Walzen (2, 3) einen motorischen Stellantrieb (27) für eine Parallelverschiebung nur einer Walze umfasst.