DE29511632U1 - Optisches System zur berührungslosen Messung des Abstandes zweier Kalanderwalzen - Google Patents
Optisches System zur berührungslosen Messung des Abstandes zweier KalanderwalzenInfo
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Description
BESCHREIBUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Extrusionstechnikfür thermopiastisch
verformbare Kunststoffe, insbesondere die Herstellung von Kunststoff platten und -folien. Sie beschreibt eine Meßvorrichtung in Form
eines optischen Systems zur berührungslosen Messung des Abstandes zweier Kalanderwalzen.
Stand der Technik
Extrusionsanlagen für thermoplastische Kunststoffe sind bekannt. Das
geschmolzene Polymere verläßt den Extruder über eine Breitschlitzdüse und durchläuft das Walzenglättwerk. Es besteht im wesentlichen aus zwei
Walzen, die achsenparallel gelagert sind und beide angetrieben werden. Die Walzen haben dabei die Aufgabe, das geschmolzene Polymere zu
formen und abzukühlen.
•is 1 &igr; ···:.
Neben der Abzugsgeschwindigkeit der Walzen ist der Walzenabstand für
die Einsteilung der Dicke der extrudierten Platte oder Folie mitentscheidend. Für den Betreiber einer Extrusionsaniage ist es wichtig,
diesen Paramenter genau einstellen zu können. Die Einstellung erfolgt durch die Veränderung des Walzenspalts und wird durch eine
Meßeinrichtung zur Bestimmung des Abstandes der beiden Kalanderwalzen überprüft und gesteuert. Die Toleranzen für die Dicke der
Extrudate liegen heute meist bei +-0.1mm, was eine entsprechend genaue Messung voraussetzt.
In alier Regel wird heute die Messung der Abstände der Kalanderwalzen
berührend durch Sensoren an den Lagersteinen durchgeführt. Diese Methode ist störanfällig in zweierlei Hinsicht:
1. Durch die hohe Druckbelastung vergrößert sich im Laufe der Zeit das
Lagerspiel, sodaß die dort gemessenen Abstände nicht mehr mit den wahren Abständen der Kalanderwalzen übereinstimmen.
2. Die Meßstellen sind anfällig gegen Verschmutzung; sie müssen oft
gereinigt werden, was wegen des dabei notwendigen teilweisen Abbau der Meßeinrichtung zeitraubend ist.
Methoden zur Abstandsmessung, die berührungslos arbeiten, sind zwar
bekannt, nämlich verschiedene optische Systeme, die mit sichtbarem
Licht nach dem Lichtschrankenprinzip arbeiten. Es hat sich aber
herausgestellt, daß diese Systeme für die hier gestellte Aufgabe nicht geeignet sind und die Messung vor allem durch Reflexionen an den
spiegelnden Flächen der glattpolierten Kalanderwalzen gestört wird.
Aufgabe und Lösung
Somit besteht ein Bedürfnis nach einer exakten Messung des Abstandes
der Kalanderwalzen, die möglichst bis auf +/- 10Mm genau sein soll,
Zusätzlich sollte die Meßeinrichtung auch Schieflagen der Kalanderwalzen erfassen können, sowie störunempfindlich sein.
Die Aufgabe wird durch ein berührungslos arbeitendes optisches System
gelöst, und zwar durch eine Vorrichtung zur Messung des Walzenabstandes (11) zweier Kalanderwalzen (10)
dadurch gekennzeichnet,
daß zu beiden Seiten des Walzenspaltes je ein Laser als Sender (4) und
ein für Laserstrahlen geeignetes Nachweisinstrument als Empfänger (5) angebracht sind, diese auf ein exaktes Einander-gegenüber-Stehen
justiert werden und in dieser Stellung parallel einer gedachten Verbindunglinie der beiden Kalanderwalzenmittelpunkte synchron durch
eine Antriebseinheit (6) bis zu beiden Walzenkanten verfahren werden,
wobei dort durch eine teilweise Ausblendung des Laserstrahls (3) zwei Positionssignale erhalten werden, die an eine Recheneinheit (9)
weitergeleitet werden, die aus den Positionssignalen den Walzenabstand berechnet und als Zahlenwert ausgibt.
Die Vorrichtung zur Messung des Walzenabstandes zweier Kalanderwalzen in einer Extrusionsaniage für die Herstellung extrudierter
Kunststoff platten und -folien besteht somit aus folgenden Bestandteilen: dem Sender (4) und dem Empfänger (5) für Laserlicht, der Antriebseinheit
(6) für das Verfahren von Sender und Empfänger und der Erfassungs- und Recheneinheit (9). Erfindungsgemäß wird mit einem Laserstrahl
gemessen, weil nur dieser genügend räumlich kohärent ist. Laserdioden als Sender und entsprechende für Laserstrahlen geeignete Empfänger
sind Stand der Technik. Um eine besonders gute Auflösung zu erreichen, besteht der Empfänger bevorzugt aus vier im Quadrat angeordneten
Sensorflächen, z.B. einer Fotodiode oder einem Fototransistor, wobei der Durchmesser des Laserstrahls noch kleiner als der einer einzelnen
Sensorfläche ist. In Abb. 1 ist ein solcher Empfänger (5) mit dem Lichtfleck (2) eines Laserstrahls (3) gezeichnet. Die im Empfänger
erhaltenen analogen Spannungssignale werden über ein Verbindungskabel (8) an die Recheneinheit weitergegeben.
Sender und Empfänger sind in aller Regel paarweise an beiden Enden
der Kalanderwalzen (10) angebracht, um dadurch eine Schrägstellung der
beiden Walzen zueinander sofort erkennen zu können. Eine Schrägstellung der Walzen würde eine in der Breite ungleichmäßige
Extrusionsschicht bewirken. Sender und Empfänger stehen sich entsprechend den räumlichen Gegebenheiten - in einem Abstand, der
dem 1 bis 2 fachen Durchmesser der Kalanderwalzen entspricht, einander gegenüber.
Antriebseinheit für das Verfahren von Sender und Empfänger (6)
Die Antriebseinheit hat zweierlei Aufgaben zu erfüllen:
1. Die Justierung von Sender und Empfänger auf ein genaues Gegenüberstehen, sodaß der Laserstrahl das Zentrum der vier
Sensorquadrate trifft, wie in Abb.1 gezeigt.
2. Das synchrone Verfahren von Sensor und Empfänger bis zu den Walzenkanten, wobei durch das Ausblenden des Laserstrahls ein Signal
ausgelöst wird, das die erlaubt, die Position der Walzenkante zu bestimmen.
Die Verfahrensachse der Antriebseinheiten liegt bevorzugt parallel zur
gedachten Verbindungsachse der Kaianderwalzenmittelpunkte. Der Laserstrahl ist dementsprechend in Richtung der Normalen der durch die
Verbindung der Drehachsen beider Kalanderwalzen aufgespannten Ebene
gerichtet.
Die einzelne Antriebseinheit besteht im Prinzip meist aus einer von einem
Gleichstrommotor angetriebenen Mikrometerschraube. Als Beispiel für so einen Stellmotor sei DC-Mike Drive M-224.20 mit Encoder von der Firma
Physik Instrumente GmbH & Co, Waldbronn erwähnt. Antriebseinheit und
Recheneinheit sind durch ein Verbindungskabel (7) zur Übertragung der Positionssignale miteinander verbunden.
Erfassungs- und Recheneinheit (9)
Erfassungs- und Recheneinheit kann ein Einplatinencomputer oder ein PC
sein. Sie erfüllt zweierlei Aufgaben:
1. Überwachung der Strahlungsintensität im Zuge des Verfahrens von
Sender und Empfänger durch die Antriebseinheit in aller Regel wird ein Stopsignal für das Verfahren ausgegeben, wenn die Strahlungsintensität
auf 50% eines vorher justierten Maximalwertes abgefallen ist, die Walzenkante also den Laserstrahl zur Hälfte abschattet.
Der Maximalwert ist ein Nutzsignal: Er ist definiert a!s die Differenz zwischen dem elektrischen Signal bei ungehindertem
Strahlungsdurchgang und dem elektrischen Signal bei völliger Abschattung des Strahls durch die Kaianderwalzen. In letzterem Fall wird
meist ein elektrisches Restsignal ("Rauschen") gemessen, obwohl die Strahlungsintensität praktisch nuil ist.
2. Bestimmung des Walzenabstandes: Das im Moment der teilweisen Ausblendung des Laserstrahls erhaltene elektrische Signal wird an den
übergeordneten Rechner weitergeleitet, der den absoluten Positionswert bestimmt. Aus beiden bei Erreichen der Walzenkanten erhaltenen
Signalen wird der Walzenabstand berechnet. Bei dieser Berechnung kann auch eine Kalibrierfunktion miteinbezogen werden, da die Position des
Walzenrandes mit dem 50% Wert der Strahlungsintensität nicht immer genau übereinstimmen muß.
Anstelle der Erfassung der Absolutposition der Antriebseinheit, z:B. der
DC Mike Antriebseinheit kann alternativ ein Inkrementalzähler eingesetzt
werden.
Durchführung der Messung
Die Messung erfoigt im laufenden Betrieb einer Extrusionsanlage zweckmäßigerweise immer dann, wenn die Dicke des Extrudats geändert
werden muß, sowie natürlich auch beim Anfahren der Anlage.
Die Messung umfaßt - entsprechend den oben genannten zwei Aufgaben
der Antriebseinheit - zwei Schritte:
1. Justierung: Die beiden Antriebseinheiten verfahren Sender und Empfänger solange, bis der von der Laserdiode ausgesandte Strahl durch
den Walzenspalt auf das Sensorquadrat trifft. Nun erfolgt eine Seibstjustierung der Antriebseinheiten so, daß der Strahl, der vom
Durchmesser nicht größer als eine einzelne Sensorfläche sein soll, diese
1 i &kgr;
• »
so trifft, daß maximale Strahlungsintensität erreicht wird. Da die
Selbstjustierung in &mgr;&igr;&eegr;-Schritten erfolgt, ist die Synchronisation von
Sender und Empfänger sehr genau. Der Maximalwert der Strahlungsintensität wird gespeichert.
2. Die beiden Antriebseinheiten verfahren nun Sender und Empfänger in
&mgr;&igr;&eegr;-Schritten parallel zur Verbindungslinie der Kalanderwalzenmittelpunkte, bis eine Walzenkante erreicht ist, die den
Laserstrahl abschattet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stoppt der Stellmotor, wenn die Intensität des von der
Laserdiode ausgesandte Strahis bis auf 50% des vorher einjustierten Maximalwertes abgefallen ist. Der Absolutwert dieser Stellung wird an
den übergeordneten Rechner weitergemeldet Nun erfolgt eine Richtungsumkehr und die Antriebseinheiten verfahren Sender und
Empfänger, bis die Strahlungsintensität erneut auf 50% des Maximaiwertes abgefallen ist. Auch diese Position wird an den Rechner
gemeldet. Anstelle der Erfassung der Absolutpositionen kann alternativ auch ein Inkrementalzähler eingesetzt werden. Die Recheneinheit
berechnet aufgrund der beiden gespeicherten Positionswerte bzw. aus dem Inkrementalwert unter Berücksichtigung einer Kalibrierfunktion für
den Walzenrand - der mit dem 50%-Wert der Strahlungsintensität nicht übereinstimmen muß - den wahren Walzenabstand mit einer Genauigkeit
von +-
Bei ungenügendem Signai/Rausch-Verhältnis kann ein moduiierter
Laserstrahl (im kHz-Bereich) in Kombination mit einem schmalbandigen Empfängerverstärker eingesetzt werden. Soll das SignaS/Rausch-Verhältnis
noch weiter verbessert werden, so ist der Einsatz eines phasenempfindüchen Verstärkers (Lock-in-amplifier) auf der
Empfängerseite sinnvoll.
Vorteile der Erfindung
Das Meßverfahren ist weitgehend schmutzunempfindüch, da es im
Gegensatz zum Stand der Techik berührungslos arbeitet und keine durch Verschmutzung hervorgerufenen mechanische Störungen auftreten
können. Außerdem ist die Optik der Meßeinrichtung einfach - sie kommt
ohne Linsensystem aus - und dadurch ebenfalls staub- und schmutzunempfändlich. Ein weiterer Grund für die geringe
Schmutzanfälligkeit ist die Tatsache, daß bei der Berechnung des Walzenabstandes nur relative Verhältniszahlen eingehen, nämlich die
Messung eines Strahlungsintensätätsabfalis auf 50%. Die eigentliche
Ortsinformation wird - unbeeinträchtigt von optischen oder mechanischen Störungen - im Rechner erstellt.
• ·
• ·
&iacgr;&ogr;
Das Meßverfahren ist sehr genau. Die DC Mike Antriebseinheiten z.B.
lassen sich im Submikrometerbereich verstellen. Dadurch wird eine extrem hohe Ortsauflösung für die Walzenkante erreicht. Der
Vertrauens bereich der Messungen liegt bei +-&Igr;&Ogr;&mgr;&igr;&eegr;.
Durch die bevorzugte Anordnung von gleich zwei Meßsystemen (je eines
an beiden Enden der Kalanderwalzen) läßt sich die Vorrichtung noch für einen anderen Zweck nutzen: Für die Vermeidung von Schiefstellungen
der Kalanderwalzen und damit von Dickenunterschieden der Kunststoffbahn oder -folie in der Breite. Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung kann
eine Schiefstellung der Kalanderwalzen anzeigen: Wenn die an beiden Enden gemessenen Walzenabstände nicht innerhalb eines bestimmten
Toleranzbereichs übereinstimmen, kann eine Fehlermeldung ausgegeben werden und die Schiefstellung behoben werden.
Abbildungen
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Abbildungen erläutert, ist
aber nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt.
Abb. 1:
Abb. 1 zeigt schematisch die Stellung des Laserstrahls im Moment 6er
Justierung von Senderund Empfänger. Der Lichtkegel des Laserstrahls
(2) liegt genau in der Mitte der vier Sensorquadrate (1), d.h. alle vier
Sensoren würden in diesem Moment das gleiche analoge Spannungssignal abgeben. Der Durchmesser des Laserlichtkegels ist
kleiner als ein einzelnes Sensorquadrat, was ein bevorzugtes Kennzeichen der Erfindung darstellt.
Abbb 2 zeigt schematisch den Querschnitt durch einen Kalanderwalzenspait (11) mit den beiden Kalanderwalzen (10,) der
Meßeinrichtung mit Sender (4) und Empfänger (5) und den beiden Antriebseinheiten (6) zum Verfahren von Sender und Empfänger, sowie
der Verbindung zur Übertragung der Positionssignaie (7) und zur
Übertragung der Empfängersignale (8), sowie die Recheneinheit (9). Der
Laserstrahl (3) ist ebenfalls eingezeichnet.
Bezugsgrößen | Sensorquadrate |
(1) | Lichtkegel des Laserstrahls |
(2) | Laserstrahl |
(3) | Sender |
(4) | Empfänger |
(5) | Antriebseinheit für das Verfahren von Sender und Empfänger |
(6) | Verbindungskabel zur Übertragung der Positionssignale |
(7) | Verbindungskabel zur Übertragung der Empfängersignale |
(8) | Recheneinheit |
(9) | Kaianderwalzen |
(10) | Waizenabstand |
(11) |
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Messung des Walzenabstandes (11) zweier
Kalanderwalzen (10) in einer Extrusionsanlage für die Herstellung extrudierter Kunststoff platten und -folien,
dadurch gekennzeichnet,
daß zu beiden Seiten des Walzenspaltes je ein Laser als Sender (4) und
ein für Laserstrahlen geeignetes Nachweisinstrument als Empfänger (5)
angebracht sind, diese auf ein exaktes Einander-gegenüber-Stehen justiert werden und in dieser Stellung parallel einer gedachten
Verbindungslinie der beiden Kalanderwalzenmittelpunkte synchron durch eine Antriebseinheit (6) bis zu beiden Walzenkanten verfahren werden,
wobei dort durch eine teilweise Ausblendung des Laserstrahls zwei Positionssignale erhalten werden, die an eine Recheneineit (9)
weitergeieitet werden, die aus den Positionssignalen den Walzenabstand berechnet und als Zahlenwert ausgibt.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sender (4) aus einer Laserdiode besteht und der Empfänger (5) aus einer
in Form von vier im Quadrat angeordneten Sensoren (1), die als
■#
Fotodiode oder als Fototransistor ausgebildet sind, besteht, wobei der
Durchmesser des Laserstrahls nicht größer als eine einzelne Sensorfläche ist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Positionssignal ausgegeben wird, wenn im Zuge des synchronen Verfahrens von Sender und Empfänger die Ausblendung des Strahles
durch die zwischen Sender und Empfänger tretende Walzenkante zu 50% der Strahlungsintensität im Vergleich zu einem vorher justierten
Maximalwert mit einer Strahlungsintensität von 100% erfolgt ist.
4. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß je ein Sender-Empfänger-Paar an beiden Enden der Kalanderwalzen angebracht ist, wodurch eine Schiefstellung der Walzen
erkannt werden kann und Ungleichmäßigkeiten in der Dicke der Kunststoff-bahn oder -folie vermieden wird.
5. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß sich Sender und Empfänger in einem Abstand, der dem 1 bis 2 fachen Durchmesser der Kalanderwalzen entspricht, einander
gegenüberstehen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29511632U DE29511632U1 (de) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Optisches System zur berührungslosen Messung des Abstandes zweier Kalanderwalzen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29511632U DE29511632U1 (de) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Optisches System zur berührungslosen Messung des Abstandes zweier Kalanderwalzen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE29511632U1 true DE29511632U1 (de) | 1995-09-28 |
Family
ID=8010703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE29511632U Expired - Lifetime DE29511632U1 (de) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Optisches System zur berührungslosen Messung des Abstandes zweier Kalanderwalzen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE29511632U1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005023992A1 (de) * | 2005-05-20 | 2006-11-23 | TRüTZSCHLER GMBH & CO. KG | Vorrichtung an einer Spinnereivorbereitungsmaschine, z.B. Karde, Krempel, Strecke, Kämmmaschine o.dgl., zum Ermitteln der Masse und/oder Masseschwankungen eines Fasermaterials, z.B. mindestens ein Faserband, Faservlies o.dgl., aus Baumwolle, Chemiefasern o. dgl. |
US7765648B2 (en) | 2005-07-13 | 2010-08-03 | Truetzschler Gmbh & Co. Kg | Apparatus for detecting a parameter at a plurality of slivers fed to a drafting system of a spinning machine |
-
1995
- 1995-07-19 DE DE29511632U patent/DE29511632U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005023992A1 (de) * | 2005-05-20 | 2006-11-23 | TRüTZSCHLER GMBH & CO. KG | Vorrichtung an einer Spinnereivorbereitungsmaschine, z.B. Karde, Krempel, Strecke, Kämmmaschine o.dgl., zum Ermitteln der Masse und/oder Masseschwankungen eines Fasermaterials, z.B. mindestens ein Faserband, Faservlies o.dgl., aus Baumwolle, Chemiefasern o. dgl. |
US7735202B2 (en) | 2005-05-20 | 2010-06-15 | Truetzscler Gmbh & Co. Kg | Apparatus on a spinning preparation machine for ascertaining the mass and/or fluctuations in the mass of a fibre material |
US7765648B2 (en) | 2005-07-13 | 2010-08-03 | Truetzschler Gmbh & Co. Kg | Apparatus for detecting a parameter at a plurality of slivers fed to a drafting system of a spinning machine |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 19951109 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 19981030 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
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Effective date: 20010925 |
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Effective date: 20030717 |
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R071 | Expiry of right |