DE2232410A1 - Anordnung zur bestimmung der entfernung zwischen zwei messpunkten - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DlPL-ING. H. MlSSLING

DiPL-iNG. R. SCHLEE 63 Gießen, den 30.6.1972

DR.-iNG. j. BOECKER Boe/Sn 11.230 oooo/m

GIESSEN, Bismarckstraße 43 ZivJ^H HJ

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeras /Schweden

Anordnung zur Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Meßpunkten

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Meßpunkten.

Auf vielen verschiedenen Gebieten besteht das Bedürfnis, die Entfernung zwischen zwei Punkten mit sehr großer Genauigkeit kontinuierlich messen und kontrollieren zu können. Die Erfindung wird lediglich der Anschaulichkeit halber im folgenden vorzugsweise in ihrer Anwendung in Walzwerken erläutert.

In Stahlwalzwerken werden Stahlband und -blech mit hohen Anforderungen bezüglich der Dickentoleranz gewalzt. Die Dicke des gewalzten Bandes ist von einer Fülle von Faktoren abhängig und wird im allgemeinen während eines Walzprozesses automatisch geregelt. Die Dickentoleranz des Bandes wird zum großen Teil von der Genauigkeit und Schnelligkeit des Dickenmeßgliedes bestimmt.

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Die erforderliche Walzkraft in einem gegebenen Fall ist von dem Durchmesser der Arbeitswalzen, der Eingangsdicke des · Bandes, der Dickenreduktion, der Bandbreite, der Zugspannung des Bandes vor und nach den Walzen, der Friktion zwischen den Arbeitswalzen und dem Band, der Dehnungsgrenze des Materials und der Walzgeschwindigkeit abhängig.

Diese Größen können während eines Walzprozesses mehr oder weniger variieren, was zu Fehlern in der Dicke des gewalzten Bandes führt. Hinzu kommt der Einfluß mechanischer Unvollkommenheiten des Walzwerkes, was weitere Fehler verursacht.

In einem Walzwerk gibt es mehrere mögliche Meßpunkte, an denen man Meßwerte für die gewalzte Banddicke oder -dickenvariationen erhalten kann. Da der Walzenspalt die Regelgröße bei einer Banddickenregelung bildet, ist ein Geber, der die Größe des Walzenspalts mißt, am wünschenswertesten. Fehlerquellen, die hierbei in verschiedenen Kombinationen Walzenspaltmessungen beeinflussen können, sind thermische Dimensionsveränderung des Walzenstuhls, Friktion zwischen Stützwalzenlagerhaus und Walzenstuhl, Exzentrizität zwiwchen Stützwalzenlager untfStützwalzenflache, Nichtrundheit der Stützwalzen, unterschiedliche Ölfilmdicke im Stützwalzlager, Deformation der Stützwalzen wie z.B. Biegung, Verflachung und thermische Dimensionsveränderung, Nichtrundheit der Arbeitswalzen, Deformation der Arbeitswalzen, unterschiedliche Schmiermittelfilmdicke zwischen Band und Arbeitswalzen usw.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Messung des Abstandes zwischen zwei Punkten zu entwickeln, die von vielen Fehlerquellen TDei solchen Messungen befreit ist, insbesondere von den bei d£r Messung des Abstandes eines Walzenpaares vorhandenen Fehlerquellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch einen optischen Geber, der für jeden Meßpunkt einen optischen Meßarm hat, ein an jedem Meßpunkt angeordnetes lichtreflektierendes Organ, einen an den optischen Meßarmen angeordneten Lichtsender, der Lichtstrahlen auf die an den Meßpunkten befindlichen lichtreflektierenden Organe richtet, s'owie einen Indikator, der die von den lichtreflektierenden Organen reflektierten Lichtstrahlen empfängt und die Verschiebung registriert, die diese reflektierten Lichtstrahlen aufgrund einer Veränderung der Entfernung zwischen den Meßpunkten erfahren.

Bei der Verwendung der Anordnung zur Messung des Walzenabstandes eines Walzenpaares ist die Anordnung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß je^Walze eines Wälzenpaares einen optischen Meßarm enthält, der in einem axialen Loch in der Walze angeordnet ist, in welchem Loch in zentraler Lage im Verhältnis zur Walzenoberfläche ein lichtreflektierendes Organ angeordnet ist.

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Dadurch, daß die Meßstelle für die Anordnung nach der Erfindung über axiale Löcher in den Walzen an den Hittelpunkt der Walzen verlegt ist, vermeidet man eine Beeinflussung der Messung durch Walzenverformungen. Untersuchungen haben nämlich gezeigt, daß^iie Walzenverformung in der Nähe der Walzenmitte unbedeutend ist. Der optische Geber in der Anordnung nach der Erfindung ; beruht auf der Messung der radialen Verschiebung eines Lichtstrahles in einem sogenannten Retroreflektor. Es sind Modifikationen der Arbeitswalze erforderlich, sowie ein genaues Einstellen der Lage der Retroreflektoren. Die Anordnung hat aber gegenüber Gebern, die außerhalb der Walzenbahn angeordnet sind, den Vorteil, daß der Meßwert keiner Korrektur mit Rücksicht auf die Walzendeformation, verschiedene Bandbreite usw. bedarf. Eine thermische Dimensionsveränderung der Arbeitswalzen bleibt jedoch von Einfluß,, weshalb der Geber zweckmäßigerweise durch einen absolut messenden Dickengeber vervollständigt wird.

Große Anforderungen werden an den in die Anordnung eingehenden Lichtsender gestellt, um eine ausreichende Meßgenauigkeit zu erhalten. Besonders wenn der Lichtsender aus einem Laser besteht, wirkt sich die Richtungsstabilität des Senders, deren Parameter in erster Linie aus Parallelitäts- und Winkelfehlern bestehen, günstig aus.

Die Aufteilung des von dem Lichtsender ausgesendeten Lichtstrahls in zwei Teilstrahlen, einer für jede Walze, führt dazu,

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daß Meßfehler (d.h. falsche Walzenlageveränderungen) aufgrund von Richtungsinstabilität des Lichtsenders bedeutend reduziert werden. .

Der optische Geber ist sehr empfindlich für Winkelfehler der beiden optischen parallelreflektierenden Retroreflektoren, die in axialen Löchern in den Walzen angeordnet sind. Ein Retroreflektor besteht aus drei zueinander rechtwinkligen Flächen. Diese Flächen sind jedoch in der Praxis selten genau rechtwinklig zueinander, sondern es kommen Abweichungen vor, die Parallelitätsfehler zwischen einfallendem und reflektiertem Lichtstrahl verursachen. .

Parallelitätsfehler bei Retroreflektoren guter Qualität betragen höchstens - 2 Bogensekunden. Dies entspricht einem Lagefehler von höchstens - 5 /U per m Entfernung von den Retroreflektoren, wenn der Retroreflektor sich einmal um eine Achse durch seine Spitze dreht, was bei der vorliegenden Anordnung der Fall ist. Insgesamt erhält man für das ganze System gemäß der Anordnung einen max. Lagefehler von der Größenordnung ί 30 - 40 /U, der um den Faktor 10 höher ist als toleriert werden kann.

Da das Entfernungsmessen mit zwei einander entgegengerichteten und überlagerten Lichtstrahlen ausgeführt wird, kann dieser Winkelfehler jedoch außer acht gelassen werden.

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Der optische Geber ist sehr empfindlich für Zentrierungsfehler der beiden optischen parallelreflektierenden Retroreflektoren.

Eine genaue Zentrierung (ί 1 /u) dieser Reflektoren im Verhältnis zur Rotationsachse der Walzen ist erforderlich. Das Zentrierungsverfahren wird dabei davon erschwert, daß die Löcher in den Walzen .1,5 - 2 m tief sind.

Die Zentrierung der Retroreflektoren kann durch Anbringen einer mit der Walze rotierenden optisch durchsichtigen, schräggestellten Glasplatte bedeutend erleichtert werden, wobei die genannten Fehler das Messen des Walzenabstandes nicht beeinflussen.

Die Retroreflektoren als optische Geber bestehen aus drei zueinander rechtwinkligen Reflexionsflächen. Die Retroreflektoren rotieren mit der Drehzahl der Walzen im Verhältnis zu den einfallenden Lichtstrahlen, was bedeutet, daß die Kantenlinien zwischen den verschiedenen Reflexionsflächen die Lichtstrahlen sechs Mal pro Umdrehung in jedem Retroreflektor schneiden.

Wenn ein Lichtstrahl eine Kante trifft, erhält man eine Störung in der Intensitätsverteilung des Lichtstrahls in Form einer dunklen Linie und ein Diffraktionsmuster mit abwechselnd hellen und dunklen Linien. Die dunkle Linie dominiert an abgeschrägten Kanten des Retroreflektors und das Diffraktionsmuster an scharf-

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geschliffenen Kanten. Auf der Oberfläche des Lageindikators erscheinen diese Störungen als Linien, die über die Oberfläche wandern, wenn der Retroreflektor rotiert. Der Lageindikator mißt die Lage des Schwerpunktes der Intensitätsverteilüng, weshalb die obengenannten ^Störungen in der Symmetrie der Verteilung als falsche Lageveränderungen registriert werden. Versuche haben gezeigt, daß die' Störungen Lagefehlern von der Größenordnung 0,1 mm entsprechen, was um einen Faktor 100 über dem liegt, was toleriert werden kann.

Diese Kantenlinienstörungen werden auf die Weise eliminiert, daß die relative Rotationsbewegung zwischen Lichtstrahlen und Retroreflektor aufgehoben wird. Dies wird entweder dadurch erreicht, daß die Lichtstrahlen mit dem Retroreflektor synchron rotieren, oder dadurch, daß der Retroreflektor innerhalb der Walze in Lagern angeordnet wird.

Außer den Kantenlinienstörungen wird auch die Einwirkung von Winkelfehlern der Retroreflektoren eliminiert, da die Reflexionsflächen ständig in derselben Reihenfolge von dem Lichtstrahl getroffen werden. Dies führt zu einem konstanten Parallelitätsfehler zwischen einfallendem und reflektiertem Lichtstrahl.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

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Fig. 1 und 2 das Prinzip eines Retroreflektors,

Fig. 3 einen optischen Geber der erfindungsgemäßen Anordnung, in der ein Dove-Prisma verwendet wird,

Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 3 ohne Dove-Prisma,

Fig. 5a und 5b das Prinzip eines in der Anordnung verwendeten Fotoindikators,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Dickenregelungssystems für Kaltwalzwerke, in dem ein optischer Geber verwendet wird,

Fig. 7 ein Beispiel für die Anbringung des optischen Gebers an einem Walzenpaar,

Fig. 8, 9ι 9a und 10 eine andere Ausbildung des optischen Gebers, bei der Meßfehler aufgrund der Richtungsinstabilität des Lichtsenders reduziert sind,

Fig. 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b und 14 eine alternative Ausbildung des optischen Gebers zur Vermeidung von Meßfehlern aufgrund von Winkelfehlern der Retroreflektoren,

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Fig. 151 16 und 17 eine Zentrierungsanordnung für den optischen Geber und

Fig. 18, 19ι 20a und 20b eine Anordnung für den optischen Geber zur Vermeidung von Kantenlinienstörungen und Winkelfehlern der Retroreflektoren.

Zuerst wird anhand der. Fig. 1 bis 5b das Prinzip des Gebers beschrieben. Der Geber basiert auf einer optischen Methode, bei der die Verschiebung des reflektierten Lichtstrahls im Verhältnis zu dem einfallenden Lichtstrahl gemessen wird, und zwar durch einen optisch arbeitenden sogenannten Retroreflektor. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, hat ein Retroreflektor 11 drei reflektierende Flächen 12, 13 und 14, angeordnet wie die Ecke eines Würfels. Der einfallende Strahl 15 ist immer parallel zu dem reflektierten Strahl 16 (siehe Fig. 2) und verläßt den Retroreflektor 11 an einem Punkt 18 diagonal gegenüber dem Einfallspunkt 17, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt wird. Der Retroreflektor 11 kann um eine beliebig gerichtete Achse durch seine Spitze 19 rotieren, ohne daß der Abstand zwischen einfallendem und reflektiertem Lichtstrahl 15 bzw. geändert wird. Wenn die Spitze 19 des Retroreflektors 11 um eine Strecke c- gemäß Fig. 2 verschoben wird, entsteht also eine vertikale Verschiebung 2 C des reflektierten Strahls 16.

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BAD ORIGINAL

Ein Retroreflektor 11 wird in zentrierter Lage, d.h. die Rotationsachse der Walze läuft durch die Spitze 19 des Retroreflektors 11, in jeder Arbeitswalze placiert und ein Lichtsender 20 sendet einen Lichtstrahl 21, der wie in Fig. 3 gezeigt gerichtet, abge3aikt und angezeigt wird. Der von einem ersten Retroreflektor 22 reflektierte Lichtstrahl fällt auf einen Reflektor 24, der den Strahl auf ein sogenanntes Dove-Prisma 25 lenkt, um eine weitere Reflexion des Strahls zu erreichen, ehe er auf einen Reflektor 26 fällt, um dann auf einen zweiten Retroreflektor 27 gerichtet zu werden, dessen reflektierter Strahl 28 einer Indikatoreinheit 29 zugeleitet wird. Eine vertikale Verschiebung der beiden Retroreflektoren 22 und 27 um 1/2C ergibt eine vertikales Verschieben von 2 <£ des auf die Indikatoreinheit 29 einfallenden Strahls 28. Die Reflektoren 24 und 26 können mit Vorteil aus konstantableitenden Pentaprismen bestehen.

Wenn man das in Fig. 3 gezeigte Dove-Prisma 25 entfernt, erhält man einen Strahlenverlauf gemäß Fig. 4: Werden beide Retroreflektoren 22 und 27 auch hier vertikal je um die Strecke 1/2 £ verschoben, so kommt es zu keiner vertikalen Verschiebung des Strahls 28, d.h. die Anordnung ist umempfindlich für ; nderungen des relativen Abstandes zwischen den Retroreflektoren 22 und 27. Auf dieselbe V/eise kann gezeigt werden, daß die Anordnung gemäß Fig. 3 mit Dove-Lrisma 25 unempfindlich für Parallelverschiebungen und -drehungen der He troreflektoren 2'.-'. und 27 im Verhältnis zu dem Sender 20/Lst.

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BAD ORIGINAL

Die Verschiebung des abgehenden Strahls 28 ist linear und gleich der doppelten Walzenäbstandsänderung. Die Lage des Lichtstrahls 28 wird von einem Doppelphotoindikator 29 abgetastet, in dem der Lichtstrahl in zwei Teile 30 und 31 geteilt wird, wie aus Fig. 5a und 5b ersichtlich ist, wobei Fig. 5b einen Schnitt längs der Linie I-1 in Fig. 5a zeigt. Die beiden Hälften 30 und 31 des Indikators 29 werden an einen Differentialverstärker 32 (siehe Fig. 6) angeschlossen, dessen Ausgangssignal nichtlinear wird, da die Intensität des Lichtstrahls nach der

ist.
Gauß^fsehen Kurve verteilt/siirö*

Als Lichtt mder 20 wird vorzugsweise im Hinblick auf die Forderung paralleler Lichtstrahlen ein kontinuierlicher Gaslaser verwandt.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Dickenregelsystems für Kaltwalzwerke, an das eine Anordnung gemäß der Erfindung angeschlossen ist.

Das AC-Signal 34 vom Geber 33 kann ohne eine die Walzenbiegung oder dergl. berücksichtigende Korrektur zum Regeln des Arbeitswalzenabstandes verwendet werden. Die Zeitkonstante des Systems wird im wesentlichen von der Zeitkonstanten des hydraulischen Systems bestimmt. Der verwendbare Meßbereich des optischen Indikators 33 ist begrenzt, so daß es notwendig ist, daß die Lage des Indikators 29 eingestellt werden kann. Auch bei Durchmesservariation der Walzen 35 und 36 aufgrund

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von Umschleifen ist zu berücksichtigen. Ein einfaches Lagebestimmungssystem 37 mit Stufenmotor 38 in Kombination mit einem Röntgengeber 39 ist nach dem Walzwerk zwecks Bestimmung der Absolutlage des Photoindikators vorgesehen. Der Röntgengeber 39 integriert die absolute Dicke des Bandes und korrigiert über das Lagebestimmungssystem 37 die Absolutlage des Photoindikators 29 bei langsamen Dickenvariationen. Solche Fehler treten vor allem aufgrund von thermischer Durchmesservariation der Arbeitswalzen auf.

Vor einem neuen Stich wird der Photoindikator grob eingestellt, indem dem Lagebestimmungssystem ein Sollwertsignal 40 zugeführt wird, das der gewünschten Banddicke entspricht. Diese Grobeinstellung kann z.B. gleichzeitig mit der Grobeinstellung der Walzen 35 und 36 erfolgen, nämlich durch Nullstellung des Lagebestimmungssystems 37 (Nullstellungssignal 41) bei einer Walzenspaltbreite Null und bestimmter Walzkrafteinstellung, wonach eine Vergrößerung des Walzenspaltes 42 mittels mehrerer Stufen von Null bis zu dem gewünschten Abstand erfolgt. Das Ausgangssignal 34 vom Geber 33 wird über einen phasenempfindlichen Gleichrichter 45, einen Regulator und Verstärker 46 und ein Servoventil 47 direkt einem hydraulischen Zylinder 44 zugeführt. In der Bahn des vom Lichtsender 20 ausgesendeten Strahls ist eine rotierende mit Spalten versehene Scheibe angeordnet, die das ausgesendete Licht in Impulse aufteilt, so daß das Ausgangssignal 34-Wechselstromcharakter bekommt; was ein hohes Signalrauschverhältnis ergibt.

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Der Lichtsender 20 besteht vorzugsweise aus einem Lasersender und der Indikator 29 wird zweckmäßigerweise auf einer Platte montiert, die an dem oberen Achszapfen 50 aufgehängt ist, wie in Fig. 7 gezeigt wird. Der Geber 33 folgt hierbei den Bewegungen des oberen Achszapfens 50, was zulässig ist, da die Anordnung für kleine Parallelverschiebungen und -Verdrehungen · im Verhältnis zu den Retroreflektoren 22 und 27 unempfindlich ist. Die Aufhängung des Gebers 33 an den Achszapfen 50 und 51 erleichtert auch das Einstellen des Lichtstrahls und das Abdichten um die Löcher 52 und 53 in den Achszapfen 50 und 51· Das Anschließen an den unteren Achszapfen geschieht zweckmäßigerweise vertikal verschiebbar zu der Platte 49 zwecks Anpassung an variierende Achsenabstände. DieAnschlüsse 54 und werden zweckmäßigerweise an den Achszapfen 50 bzw. 51 festgeschraubt, was ein schnelles Montieren und Demontieren des Gebers 33 bei Walzenaustausch ermöglicht.

Der optische Geber 33 hat dank der Placierung der Ketroreflektoren 22 und 27 innerhalb der Walzbahn den Vorteil, daß er nicht von Walzenbiegungskontrollen gestört wird, sondern er kann im Gegenteil als Hilfsmittel bei einer solchen Kontrolle verwendet v/erden, da er die Dickenabweichungen des Bandes in einer Ebene durch die Retroreflektoren und das Band mißt, wobei die Einwirkung einer Walzendeformation vernachlässigbar ist.

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Eine v/eitere Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung wird in Fig. 8 gezeigt, wo ein Lichtsender 20, vorzugsweise ein Gaslaser, einen Lichtstrahl 201 aussendet, der mittels eines lichtstrahlteilenden Organs 202 in zwei Teillichtstrahlen 203 und 204 aufgeteilt wird, und zwar einen für jede Walze. Mittels Reflektoren 613 werden die Lichtstrahlen 203 und 204 von Retroreflektoren 601 bzw. 602 reflektiert und danach zu je einem Indikator 291 bzw. 292 geleitet.

Die Retroreflektoren 601 und 602 sind in den zugeordneten Walzen gellagert angeordnet, und zwar durch Montage auf dem Innenring eines Lagers 631, und werden mittels der Stange im Verhältnis zu den Walzen in stillstehender Lage gehalten, wobei die Stange von dem Zentrum der ßetroreflektoren ausgeht und dort fixiert ist und sich bis zu einem festen Punkt außerhalb der betreffenden Walze erstreckt. Die Retroreflektoren sind hierbei so eingestellt, daß die Teillichtstrahlen 203 und 204 keine Kante der Retroreflektoren schneiden, um unerwünschte DiffraktL ons linien bei der Anzeige zu vermeiden. Diese besondere Anordnung wird noch näher beschrieben.

Eine planparallele optisch durchsichtige Glasplatte 64, die mit der Walze rotiert, ist in jedem Walzenloch angeordnet, um Zentrierungsfehler der Retroreflektoren aufzuheben. Diese Zentrierungsplatte wird nachfolgend näher beschrieben.

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In Fig. 9 wird gezeigt, wie Parallelitätsfehler (Parallelverschiebung) Π und Winkelfehler (Richtungsänderung) 5 des ausgesendeten Lichtstrahls die Messung beeinflussen. Diese besondere Anordnung wird noch näher beschrieben.

Sowohl der Parallelitätsfehler h wie der Winkelfehler J verur sachen, wie in Fig. 9 gezeigt wird, Störsignale bei den Indikatoren 291 und 292, wobei 2 O die Lageänderung der von den Retroreflektoren 601 und 602 reflektierten Teillichtstrahlen 203 bzw. 204 aufgrund der Walzenabstandsänderung £ ist.

Die Fehler ^ und \ liegen in gleicher Phase hinter den Indikatoren und können durch Differenzbildung mit Hilfe eines Differentialveräbärkers reduziert werden, "wie in Fig. 9a gezeigt wird, wo Ausgangssignale von den Indikatoren 291 und 292 einem Differentialverstärker 293 zugeführt werden.

Eine Walzenabstandsänderung ^e führt dagegen zu AusgangsSignalen

der Indikatoren 291 und 292,die in Gegenphase liegen und in dem Differentialverstärker addiert werden, dessen Ausgangssignal hierbei ein Maß für eine evtl. Walzenabstandsänderung bildet. Gewisse Bedingungen müssen jedoch erfüllt werden, damit eine Reduzierung der genannten Fehlerquellen geschehen kann. Es muß die Differenz zwischen der Anzahl Lichtstrahlreflexionen der

beiden/Retroreflektoren fallenden Teillichtstrahlen 203 und Teillichtstrahlen eine gerade Zahl sein, der Abstand a zwischen den auf die

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muß klein sein im Verhältnis zu dem Abstand b zwischen dem Teilungspunkt der Strahlen im Strahlteilungsorgan und deren Schnittpunkt im Retroreflektor.

Wird die letztgenannte Bedingung nicht erfüllt, kann die Strahlenteilung symmetrisch ausgeführt werden, wie in Fig. 10 gezeigt wird, wo der Abstand c gleich dem Abstand d ist und wo die Abstände e und f zwischen den Reflektoren 205 bzw. 206 und den Retroreflektoren 601 bzw. 602 einander beinahe gleich sind.

Unabhängig von der Art der Strahlenteilung ist es notwendig, daß die Lageempfindlichkeit der beiden "Meßarme" gleich ist.

Das Anzeigen mit zwei separaten Lageindikatoren hat den Vorteil, daß die Lageempfindlichkeit in jedem "Meßarm" elektrisch getrimmt werden kann, so daß die letztgenannte Bedingung erfüllt wird.

Indem man die Verstärkungen in den "Meßarmen" justiert, können evtl. Intensitätsunterschiede in den Teillichtstrahlen kompensiert werden, so daß die "Meßarme" völlig symmetrisch werden.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung ist, daß Fehler aufgrund von fleckweisen Intensitätsvariationen in einem Laserstrahl reduziert werden können, da diese Art von Fehlern Störsignale erzeugt, die gleichphasig liegen und im Differentialverstärker subtrahiert werden.

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Wie bereits erwähnt, wird das Entfernungsmessen mit zwei einander entgegengerichteten und überlagerten Lichstrahlen ausgeführt, um Winkelfehler in den Retroreflektoren zu vermeiden.

Fig. 11a und 11b zeigen die beiden einfallenden Strahlen getrennt. Ein Strahl 151 bzw. 152 fällt auf einen Reflektor 111 bzw. 112, wobei ein reflektierter Strahl 161 bzw., 162 erzeugt wird, der mit dem einfallenden Strahl 151 bzw. 152 parallel ist.

Fig. 12a und 12b zeigen die Verschiebung der Strahlen aufgrund der Lageänderung e des Retroreflektors 111 bzw.112. Dabei wird der reflektierte Strahl 161 bzw. 162 ^pegemäß dem Prinzip eines Retroreflektors um die Strecke 2 e verschoben.

Fig. 13a und 13b zeigen die Verschiebung der Strahlen aufgrund von Winkelfehlern des Retroreflektors 111 bzw«, 112, Hierbei tritt ein Parallelitätsfehler δ bei dem reflektierten Strahl 161 bzs. 162 auf.

Fig. 14 zeigt, wie die zuvor getrennten Strahlen mit Hilfe von Aufteilungsorganen 241 und 261 überlagert werden, die so angeordnet sind, daß ein auf ein Aufteilungsorgan 241 fallender Strahl 210 in zwei parallele und gleiche Teilstrahlen und 212 aufgeteilt wird, die denselben Weg 220 zurücklegen, aber in entgegengesetzter Richtung in dem Retroreflektor 22. Der

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einfallende Teilstrahl 211 ist dabei dem von Teilstrahl 212 erzeugten reflektierten Teilstrahl 214 entgegengerichtet ■ und überlagert; ebenso ist der einfallende Strahl 212 dem von dem Teilstrahl 211 erzeugten reflektierten Teilstrahl 213 entgegengerichtet und überlagert. Die Funktion des in der Figur gezeigten Prismas 25 ist bereits beschrieben worden.

Die reflektierten Teilstrahlen 213 und 214 werden danach von dem Aufteilungsorgan 241 zu einem einzigen Strahl 215 zusammengesetzt. Fig. 14 zeigt auch, wie die Aufteilungsorgane 241 und 261 in der Anordnung gemäß der Erfindung angeordnet sind, wobei die Strahlenverhältnisse am Retroreflektor 27 den Verhältnissen am Retroreflektor 22 entsprechen und die Aufteilungsorgane 241 und 261 auch für die von den zuvor angewandten Reflektoren (24 und 26) erzeugten Reflexionen vorgesehen sind.

Wie aus Fig. 13a und 13b hervorgeht, sind die Verschiebungen δ der beiden Strahlen gleich groß und einander entgegengerichtet, was dazu führt, daß entstandene Fehlsignale einander an dem in Fig. 5a und 5b beschriebenen Photoindikator 29 entgegenwirken. Die in Fig. 12a und 12b gezeigten Verschiebungen 2 e sind dagegen gleichsinnig und zusammenwirkend.

Dies bedeutet, daß der von dem Lichtsender 20 ausgehende Lichtstrahl 210 in zwei entgegengesetzt verlaufende Strahlen 211 und 212 von gleicher Intensität aufgeteilt wird. Die beiden

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Teilstrahlen 211 und 212 nehmen deneelben Weg 220 durch die Retroreflektoren 22 und 27 und erhalten summenmäßig denselben Lagefehler am Photoindikator 29. Die Lagefehler sind jedoch einander entgegengerichtet, so daß der'Schwerpunkt der gesamten Intensitätsverteilung unverändert bleibt. Damit bleibt auch das Ausgangssignal des Photoindikators 29 unbeeinflußt. Das anwendbare Meßsignal (erzeugt durch Änderungen der Entfernung zwischen den Retroreflektoren) bleibt unverändert, da beide Teilstrahlen derselben Verschiebung ausgesetzt werden.

Als Beispiel für eine Zentrierungsanordnung für die Retroreflektcren v.ird in Fig· 15 und 16 gezeigt.

Fig. 15 zeigt, wie ein Retroreflektor 60 einen Lichtstrahl empfängt und reflektiert (62)„ Der Retroreflektor 60 weist hier einen Zentrierungsfehler c im Verhältnis zu der Rotationsachse 63 einer Walze auf. Hierdurch entsteht ein periodischer Lagefehler 2 e für den reflektierten Lichfetrahl 62. In Fig. wird gezeigt, wie die Zentrierung des Setroreflektors 60 mit einer schräggestellten, vorzugsweise planparallelen, optisch durchsichtigen Platte 64, z.B. aus Glas, eingeführt wird. Die Glasplatte wird auf einen bestimmten Neigungswinkel ß = (90 - α ) im Verhältnis zu der Rotationsachse 63 der Walze ' eingestellt und so an der Walze fixiert, daß sie zusammen mit dieser rotiert. Man erreicht hierdurch eine rotierende Ableitung der beiden Lichtstrahlen 61 und 62.

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Bei richtiger Einstellung der Glasplatte werden die beiden Lichtstrahlen 61 und 62 der exzentrischen Rotationsbewegung des Retroreflektors 60 genau folgen, was dazu führt, daß der reflektierte Lichtstrahl 621 rechts von der Glasplatte 64 nicht von Zentrierungsfehlern des Retroreflektors 60 beeinflußt wird.

Die Lagekorrektur der Glasplatte 64, die in Fig. 16 gleich e der einzelnen Strahlen 61 und 62 ist, ist in Fig. 17 als Funktion des Drehungswinkels o, der Platte 64 für eine Platte mit einer Dicke von 5 mm und einem Brechungsindex von 1.51 abgebildet.

Die Korrektur jeder KooTdinatenrichtung wird zweckmäßigerweise separat durchgeführt.

Die Glasplatte wird zweckmäßigerweise dünn gewählt (2-5 mm), was beim Einstellen der Plattenlage eine hohe übersetzung (kleine Lagekorrektur per Drehungsgrad)/md geringe Empfindlichkeit gegen Drehfehler aufgrund von Walzenbiegung während des Walzens ergibt.

Den größten Fehler erhält man bei der sogenannten tberhöhungskontrolle (Bombierungskontrolle) der Walzen (aufgezwungene Biegung). Dieser Fehler betrug in einem Fall ^C. 2,5/U bei 5 mm Plattendicke. Der Fehler wirkt sich als eine konstante Durch-

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schnittswertänderung (bei konstanter Belastung der Walzen) aus und kann deshalb mit Hilfe des absolutmessenden Röntgengebers auf der Ausgangsseite des Walzwerkes korrigiert werden.

Obengenannte rotierende Ableitungsbewegung kann auch mit anderen optischen Komponenten als einer ebenen Platte erreicht werden, z.B. mit zwei keilförmigen Platten, mit zwei Linsen oder Spiegeln.

In Fig. 18, 19, 20a und 20b wird gezeigt, wie Kantenstörungen bei den Retroreflektoren vermieden werden können.

Fig. 18 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung mit zwei rotierenden Rhomboidprismen 611 und 612 und einem stills"öienden Pentaprisma 613. Die Prismen 611 und 612 sind hierbei mechanisch mit der Walze verbunden, so daß die Rotation synchron mit der Rotation des Retroreflektors 600 geschieht. Die Lage der Rotationsachse ist mittels eines mit einem R versehenen Pfeils -angegeben. Das Prisma 611 erzeugt eine rotierende Bewegung des auf den Retroreflektor 600 fallenden Strahls 614. Die Bewegung wird in dem Retroreflektor 600 auf den reflektierenden Strahl 615 übertragen und im Prisma 612 aufgehoben. Der Strahl 616 hinter dem Prisma 612 ist somit stillstehend. Das Pentaprisma 613 wird zur Ablenkung des Lichtstrahles 616 um 90° auf den Lageindikator 29 verwendet. Da der Retroreflektor 600 in seiner Funktion rotationssymmetrisch ist, arbeitet der Geber wie zuvor, obwohl die Lichtstrahlen

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rotieren.

Fig. 19 zeigt eine Variante der Anordnung nach Fig. 18, in der das stillstehende Pentaprisma 613 durch eine zusammen mit einem Rhomboidprisma 611 rotierende Spiegelfläche 617 ersetzt ist, die zweckmäßigerweise zu einer Strahlenteilungsoptik 618 gehört. Hier ist es auch zweckmäßig, eine gleiche Strahlenteilungsoptik 619 vor dem Sender 20 anzuordnen.

Das in Fig. 19 gezeigte Ausführungsbeispiel der Anordnung hat einen einfacheren mechanischen Aufbau als das in Fig. 18, aber eine kompliziertere optische Ausstattung.

Fig. 20a zeigt, wie der Retroreflektor 600 in der Walze 52 gelagert angeordnet werden kann. Der Retroreflektor 600 ist hierbei auf dem Innenring eines Lagers 631 montiert und befindet sich in nicht rotierender Lage, was z.B. mittels einer Stange 632 erreicht wird, die vom Zentrum des Retroreflektors 600 ausgeht und dort fixiert ist und sich bis zu einem beliebigen festen Punkt außerhalb der Walze erstreckt. Die Lage des Retroreflektors 600 wird sd eingestellt, daß die Lichtstrahlen 633 und 634 keine Kante desselben schneiden. Dies ist in Fig. 20b im Schnitt gezeigt, die einer/Längs der Linie A-A in Fig. 20a darstellt und in der ein einfallender Strahl 635 und ein reflektierter Strahl 636 so auf die reflektierenden Flächen des Retroreflektors 600 treffen, daß die Kanten 637

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vermieden werden. Das Lager 631 ist hierbei mit seinem Außenring in einer im Walzenloch der Walze 52 fixierten Befestigungsanordnung 638 angebracht.

Wenn die Anordnung zum Messen des Walzenabstandes Organe für die Eliminierung von Zentrierungsfehlern enthält, z.B. in Form einer planparallelen, optisch durchsichtigen Platte 64 aus z.B, Glas, kann der Retroreflektor leicht mit einem Loch für die obengenannte Stange 632 versehen werden, wie in Fig. 20a gezeigt wird.

Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung von gelagert angeordneten Retroreflektoren in Anordnungen zum Messen des Walzenabstandes besteht darin, daß die qualitativen Forderungen an den Retroreflektor gesenkt werden können, so daß Standardtypen mit üblichen Parallelitätsfehlern zwischen einfallendem und reflektiertem Strahl verwendet v/erden können, da Lager mit hoher Präzision zugänglich sind.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten" Ausführungsformen begrenzt, sondern kann im Rahmen der beigefügten Patentansprüche vielfachrariiert werden.

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Claims (24)

1. Patentansprüche;

   1J Anordnung zur Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Meßpunkten, gekennzeichnet durch einen optischen Geber, der für jeden Meßpunkt einen optischen Meßarm hat, ein an jedem Meßpunkt angeordnetes lichtreflektierendes Organ (22, 27), einen an den optischen Meßarmen angeordneten Lichtsen&er (20), der Lichtstrahlen auf die an den Meßpunkten befindlichen lichtreflektierenden Organe (22, 27) richtet, sowie einen Indikator (29), der die von den lichtreflektierenden Organen reflektierten Lichtstrahlen empfängt und die Verschiebung registriert, die diese reflektierten Lichtstrahlen aufgrund einer Veränderung der Entfernung zwischen den Meßpunkten erfahren.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierenden Organe aus Retroreflektoren bestehen, die so geformt sind, daß die reflektierten Lichtstrahlen parallel zu den einfallenden Lichtstrahlen verlaufen.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Meßarme parallel sind.
4. 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Geber lichtstrahlenaufteilende Organe (202) enthält, die die von dem Lichtsender ausgesendeten

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   Lichtstrahlen so aufteilt, daß jeder optische Meßarm einen Teillichtstrahl erhält.
5. 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikator eine Detektoreinheit für jeden Meßarm und an diese Einheiten angeschlossene vergleichende Organe enthält, deren Ausgangssignale ein Maß für die Abstandsveränderung zwischen den beiden Meßpunkten bilden.
6. 6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender ein Gaslaser ist.
7. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Lichtsender ausgehende Strahl auf ein Impulsorgan fällt, das den Lichtstrahl in Lichtimpulse zerlegt.
8. 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Geber optische Organe erfhält, die, wenn ein von dem Lichtsender ausgesendeter Lichtstrahl einen einfallenden Lichtstrahl auf einen ersten Meßarm bildet und der von dem ersten Meßarm reflektierte Lichtstrahl einen einfallenden Lichtstrahl auf einen zweiten Meßarm bildet, dessen reflektierte Lichtstrahl dem Indikator zugeführt wird, den ausgesendeten Lichtstrahl eine ungerade Anzahl Male reflektieren, bevor er am Indikator eintrifft.

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9. 9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Geber ein in dem Weg des auf jeden Retroreflektor einfallenden bzw. reflektierten Lichtstrahls angeordnetes Aufteilungsorgan enthält, das den auf jeden Reflektor einfallenden Lichtstrahl in zwei parallele und gleiche Teillichtstrahlen aufteilt, die in entgegengesetzter Richtung denselben Weg in dem genannten Reflektor zurücklegen, wobei das Aufteilungsorgan die von dem Reflektor reflektierten Teillichtstrahlen zu einem einzigen von Winkelfehlern des Reflektors nicht beeinflußten reflektierten Lichtstrahl zusammensetzen.
10. 10, Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihrer Anwendung zur Messung des Walzenabstandes eines Walzenpaares jede Walze eines Walzenpaares einen optischen Meßarm enthält, der in einem axialen Loch in der Walze,* angeordnet ist, in welchem Loch in zentraler Lage im Verhältnis zur Walzenoberfläche ein lichtreflektierendes Organ angeordnet ist.
11. 11 „ Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtreflektierende Organ aus einem in einem axialen Loch in jeder Walze in zentrierter Lage im Verhältnis zur Walzenoberfläche derart angeordneten Ketroreflektor besteht, daß die auf diesen durch das axiale Loch einfallenden Lichtstrahlen durch das axiale Loch parallel zu den einfallenden Lichtstrahlen reflektiert v/erden.
    * das sich vorzugsweise bis zur Mitte der Walze erstreckt,

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12. 12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Lichtsender ausgesendeten Lichtstrahlen mittels eines strahlenaufteilenden Organs in "zwei Teillichtstrahlen aufgeteilt werden, die die einfallenden Lichtstrahlen für die beiden Walzen bilden.
13. 13· Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikator die vertikale Verschiebung der von den lichtreflektierenden Organen reflektierten Lichtstrahlen aufgrund von Walzenentfernungsänderungen registriert.
14. 14. Anoi'lnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Lichtsender ausgesendeter Lichtstrahl von einem ersten Retroreflektor reflektiert wird, der in der ersten Walze eines Wälzenpaares angeordnet ist, daß der von diesem ersten Retroreflektor reflektierte Lichtstrahl auf ein außerhalb der ersten Walze angeordnetes erstes reflektierendes Organ fällt, daß der von diesem ersten reflektierenden Organ reflektierte Lichtstrahl auf ein außerhalb der zweiten Walze des Walzenpaares angeordnetes zweites reflektierendes Organ fällt, daß der von diesem zweiten reflektierenden Organ reflektierte Lichtstrahl auf einen in der zweiten Walze des Walzenpaares angeordneten zv/eiten Retroreflektor fällt, und daß der von diesem zweiten Retroreflektor reflektierte Lichtstrahl auf einen außerhalb der zweiten Walze angeordneten Indikator fällt,,

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15. 15· Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Weg des Lichtstrahles zwischen Lichtsender und Indikator ein optisches Organ derart angeordnet ist, daß eine weitere Reflektierung des ausgesendeten Lichtstrahls erfolgt, so daß die Anzahl der Reflexionen des Lichtstrahls ungerade ist.
16. 16. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Geber in den Löchern der Walzen auf dem Weg der auf. einen Retroreflektor einfallenden bzw. von diesem reflektierten Lichtstrahlen angeordnete Zentrierungsorgane enthält, die die betreffende Walze auf solche Weise fixieren, daß die einfallenden und die reflektierten Lichtstrahlen der exzentrischen Rotationsbewegung des Retroreflektors folgen, so daß ein von dem Retroreflektor reflektierter Lichtstrahl, der das Zentrierungsorgan passiert hat, von Zentrierungsfehlern des Retroreflektors im Verhältnis zur Rotationsachse der Walze nicht beeinflußt wird.
17. 17· Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrierungsorgan aus einer im Verhältnis zu der Rotationsachse einer Walze schräggestellten, vorzugsweise planparallelen, optisch durchsichtigen Platte besteht,
18. 18. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 17_f dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung Organe enthält, die die relative Rotationsbewegung zwischen einem Retroreflektor und einem auf diesen fallenden Lichtstrahl aufheben.

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19. 19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Organ ein erstes in den einfallenden und ein zweites in den reflektierten Lichtstrahl von einem Retroreflektor und synchron mit diesem rotierendes Rhomboidprisma enthält.
20. 20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rhomboidprisma eine rotierende Bewegung des auf den Retroreflektor fallenden Lichtstrahls erzeugt.
21. 21. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Rhomboidprisma eine rotierende Bewegung des von dem Retroreflektor reflektierten Lichtstrahls aufhebt.
22. 22. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,daß die radiale Verschiebung des einfallenden bzw. reflektierten Lichtstrahls im Verhältnis zur Rotationsachse des Retroreflektors der Höhe des ersten bzw. zweiten Rhomboidprismas entspricht.
23. 23. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Organ ein an den Retroreflektor angeschlossenes fixierendes Organ enthält, daß den Retroreflektor in nichtrotierender Lage hält, wobei der Retroreflektor im Verhältnis zur Walze gelagert angeordnet ist.
24. 24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß

    die genannte Lage von dem Einfallspunkt des auf den Retroreflektor einfallenden Lichtstrahls mit dem Retroreflektor bestimmt wird

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    und daß dieser Einfallspunkt dabei aus einem Punkt auf nur einer der reflektierenden Flächen des Retroreflektors bestehtο

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