DE3442154A1 - Verfahren zur positionserfassung der bandkante einer materialbahn - Google Patents

Description

ELEKTRO - MECHANIK GMBH 5963 Wenden

F 84/31 15.11.1984

Verfahren zur Positionserfassung der

Bandkante einer Materialbahn

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionserfassung der Bandkante einer Materialbahn mittels eines im Bandkantenbereich angeordneten, aus einem Sender und einem Bnpfanger bestehenden Ultraschal 1-Detektor, wobei die empfangenen Schallwellen in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.

Es sind verschiedene Einrichtungen zur kanten- oder mittengenauen Führung von Material bahnen bekannt. Bei den pneumohydraulisehen Regeleinrichtungen (DE-PS 15 74 638 und DE-OS 27 30 733) wird ein pneumatischer Bahnkantenfühler verwendet, der im wesentlichen aus zwei übereinander angeordneten Düsen besteht, nämlich der Senderdüse und der Empfängerdüse, die im kantennahen Bereich der Material bahn angeordnet sind. Der Empfängerdruck ändert sich in Abhängigkeit von der Position der Materialbahn und beaufschlagt einen Membranantrieb, der wiederum einen dem Empfängerdruck proportionalen Flüssigkeitsstrom zu einem Stellglied leitet, das in der Regel als Steuerrolle oder eine verstellbare Haspel ausgebildet ist.

Häufig reicht jedoch die hydraulische Verstärkung nicht aus, um die Ansprechempfindlichkeit der Regeleinrichtung den technischen Erfordernissen entsprechend einstellen zu können. In diesen Fällen kann die Ansprechempfindlichkeit nur dadurch erhöht werden, daß der Empfängerdruck durch Vergrößerung des Senderdrucks verstärkt wird. Bei dünnen Material bahnen findet jedoch ein unerwünschtes Verwehen der Materialbahn statt.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es auch bekannt, anstelle eines pneumatischen Bandkantenfühlers einen optischen Bandkantenfühler zu verwenden, der aus einer fotoelektrischen Einrichtung besteht. Da die Bahnkantenfühler aufgrund besonderer Gegebenheiten der Anlage häufig einer starken Verschmutzung ausgesetzt sind, führt ein sich bildender Schmutzbelag auf der Optik zu einer Intensitätsänderung des Lichtstrahls und damit zu einer Fehlmessung.

Schließlich ist es auch bereits bekannt, die Bandkante einer Materialbahn mittels einer aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Ultraschalleinrichtung abzutasten (Druckschrift ECOSONIC der Fa. Endress & Hauser QnbH & Co., Maulburg). Bei den bekannten Ultraschalldetektoren treten jedoch wesentliche Verfälschungen des Meßsignals dadurch auf, daß der Empfänger nicht nur den Meßstrahl empfängt, sondern auch reflektierte Strahlen, die nicht zum direkten Strahlengang gehören. Insbesondere wenn aufgrund der Höhenschwankungen des Bandes zwischen Empfänger und Sender in ein harmonisches Verhältnis zur Wellenlänge des abgestrahlten Schalls gelangen, addieren oder subtrahieren sich diese Reflexsignale je nach ihren Phasensignalen zu dem direkten Meßsignal und führen damit zu einem verfälschten Meßwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs definierte Verfahren zur Positionserfassung einer Bandkante dahingehend weiterzubilden, daß unerwünschte reflektierte Wellen mit Sicherheit keinen Einfluß auf das Meßergebnis nehmen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Sender zeitlich zueinander versetzte Einzel impulse oder Wellenpakete abstrahlt, daß das vom Empfänger empfangene Wellenpaket bzw. Einzelimpuls in ein entsprechendes elektrisches Schwingungspaket umgewandelt wird, daß ein begrenzter Bereich des Schwingungspaketes abgetastet und der Abtastwert zur weiteren Verarbeitung gespeichert wird.

Als Abtastwert läßt sich besonders vorteilhaft der Spitzenwert verwenden, der in der Abtastperiode des Schwingungspaketbereichs ermittelt wird. Bei dem Verfahren wird also so gearbeitet, daß zunächst - und zwar bei nicht aktivierter Abtastung - ein Wellenpaket vom Ultraschall-

sender ausgestrahlt und vom Empfänger empfangen und in ein elektrisches Schwingungspaket-Signal umgewandelt wird. Anstelle eines Wellenpakets kann auch mit Einzel impulsen gearbeitet werden. Da die unerwünschten Reflexionsstrahlen erst zu einem späteren Zeitpunkt in den Empfänger gelangen, kann man durch Auswertung bzw. Abtasten des ersten Bereichs des Schwinguilgspakets, in dem noch keine unerwünschten Überlagerungen auftreten, einen Meßwert gewinnen, der die Lage der Bandkante mit großer Genauigkeit repräsentiert. Begrenzt man den Abtastbereich, und zwar von Beginn des Schwingungspakets an gerechnet, auf höchstens drei bis fünf Perioden, so bleiben die Störreflexe mit Sicherheit eliminiert. Der ganze Vorgang wiederholt sich zyklisch und ermöglicht so eine fortlaufende Kontrolle bzw. Überwachung der Materialbahn.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß der Sender von einem Impulsfolgegenerator gespeist wird, daß dem ein elektrisches Signal abgebenden Empfänger ein aktivierbarer Spitzengleichrichter und diesem eine aktivierbare übertragungsschaltung zur Übertragung des Spitzenwertes auf einen Speicher nachgeschaltet ist.

Um das Verfahren in einem vorgegebenen Zeitablauf zu steuern, ist eine Ablaufsteuerung vorgesehen, die von einem Impulsgenerator beaufschlagt wird. Die gleichen Impulse werden auch dem Impulsfolgegenerator zugeführt. Die Ablaufsteuerung sorgt dann dafür, daß eine vorgegebene Impulsfolge von dem Generator ausgesandt und der Spitzenwertgleichrichter zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine bestimmte Abtastperiode aktiviert wird, wobei der ermittelte Spitzenwert anschließend über eine Übertragungsschaltung einem Speicher zugeführt wird.

Die Messung kann sowohl in Reflexion als auch im direkten Durchstrahlverfahren erfolgen. Im ersteren Fall sind Sender und Empfänger auf der gleichen Seite der Materialbahn unter bestimmtem Winkel angeordnet, wobei der an der Materialbahn reflektierte Strahl den Meßstrahl bildet. Alternativ dazu kann in bekannter Weise ein Ultraschall-Wandler wechselweise als Sender und Empfänger verwendet werden. Im Falle der Durchstrahlmethode befindet sich der Sender auf der einen Seite und der Empfänger auf der anderen Seite der Materialbahn, wobei je nach dem Abdeckungsgrad des Strahls durch die Bahn Schallwellen unterschiedlicher Energie in den Empfänger gelangen.

Das Wesen der Erfindung soll an einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 die allgemeine Meßanordnung mit einem Ultraschalldetektor,
Fig. 2 die schematische Darstellung einer Anordnung zur

Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und Fig. 3 ein AbIaufdiagramm zur Erläuterung des Verfahrensablaufs.

In Fig. 1 ist mit 1 schematisch die Materialbahn angedeutet, die über nicht dargestellte Rollen geführt wird. Oberhalb der Materialbahn befindet sich der Sender 2, während unterhalb der Materialbahn der Empfänger 3 angeordnet ist. Sender und Empfänger sind im Kantenbereich der Materialbahn angeordnet, so daß der Schallstrahl teilweise von der Materialbahn abgedeckt wird. Je nach dem Abdeckungsgrad gelangt mehr oder weniger Schallenergie in den Empfänger, die ein Maß für die Lage der Bandkante bzw. der Materialbahn repräsentiert. Anstelle des Durchstrahl Verfahrens kann auch das nicht dargestellte Reflexionsverfahren angewendet werden. In diesem Fall sind Sender und Empfänger unter geeignetem Winkel auf der einen Seite der Materialbahn angeordnet. Der vom Sender abgegebene Schall strahl wird auf der Materialbahn reflektiert und gelangt danach in den Empfänger. Wie bereits erwähnt, treten jedoch auch an anderer Stelle reflektierte Strahlen zusätzlich in den Empfänger ein, die den Meßstrahl verstärken oder schwächen und somit zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen.

In Fig. 2 sind wieder die Materialbahn 1, der Sender 2 und der Empfänger 3 schematisch dargestellt. Der Ultraschall sender 2 wird von einem Impulsfolgegenerator 4 gespeist, der eine bestimmte Impulsfolge vorgegebener Folgefrequenz abgibt. Wie bereits erwähnt, läßt sich das Verfahren auch mit Einzel impulsen durchführen. In diesem Fall wird anstelle des Impulsfolgegenerators 4 ein Impulsgenerator verwendet. Diese elektrische Impulsfolge wird im Sender in ein Schallwellenpaket umgewandelt, abgestrahlt und als Schallwellenpaket vom Empfänger empfangen, wobei die empfangene Energie vom Abdeckungsgrad des Strahls durch die Materialbahn bestimmt wird. Die Schallwellen werden im Empfänger direkt in elektrische Signale umgewandelt, gegebenenfalls

in einem Verstärker 5 verstärkt und dann einer aktivierbaren Abtasteinrichtung 6 zugeführt. Die Abtasteinrichtung 6 weist einen Schalter 7 auf, der die vom Verstärker 5 abgegebenen Signale dem Spitzenwertgleichrichter 8 zuführt. Der Spitzengleichrichter 8 besteht beispielsweise aus der Zusammenschaltung einer Diode mit einem Kondensator, wie es symbolisch dargestellt ist. Nach Beendigung der Abtastperiode wird der Schalter 7 geöffnet und der im Spitzenwertgleichrichter festgehaltene Wert mittels einer Übertragungsschaltung 9 einem Speicher 9 zugeführt. Die übertragungsschaltung 9 kann beispielsweise aus einem Schalter 1 und einem Kondensator 10 bestehen. Durch Schließen des Schalters 1 wird die Ladung aus dem Spitzenwertgleichrichter auf den Kondensator 10 übertragen und dann zur Weiterverarbeitung einem nicht näher dargestellten Speicher zugeführt.

Zur Erläuterung des Funktionsablaufs wird Fig. 3 herangezogen. Die Ablaufsteuerung wird von einem Impulsgenerator 13 beaufschlagt, der gleichzeitig Impulse an den Impulsfolgegenerator 4 liefert. Zum Zeitpunkt T1 schließt die Ablaufsteuerung den Schalter 14 und aktiviert den Impulsfolgegenerator, der beispielsweise eine Impulsfolge mit drei impulsen abgibt. Demzufolge strahlt der Sender 2 ein Wellenpaket mit der gleichen Periodendauer ab. Zum Zeitpunkt T2 wird über die Ablaufsteuerung 12 der Schalter 14 geöffnet und der Schalter 7 geschlossen. Die Zeitdifferenz T2 - T1 entspricht etwa der Laufzeit der Schallwellen vom Sender zum Empfänger. Der Schalter 7 bleibt so lange geschlossen, daß etwa drei Perioden von der Abtastschaltung 6 erfaßt werden. Zum Zeitpunkt T3 öffnet der Schalter 7, und der Spitzenwertgleichrichter behält den Spitzenwert, der im Zeitbereich T3 - T2 auftritt. Zum Zeitpunkt T4 wird der Schalter 11 geschlossen und der Spitzenwert auf einen Speicher 10 übertragen. Danach ist der Spitzenwertgleichrichter wieder auf Null gestellt, und der Zyklus beginnt von neuem. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß während der Abtastperiode nur das Meßsignal erfaßt wird und keine störenden Reflexionen, die zu einem späteren Zeitpunkt eintreffen würden, den Meßwert beeinflussen.

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Claims (8)

ELEKTRO - MECHANIK GMBH 5963 Wenden F 84/31 15.11.1984 Verfahren zur Positionserfassung der Bandkante einer Materialbahn Patentansprüche

1. Verfahren zur Positionserfassung der ßandkante einer Materialbahn mittels eines im Bandkantenbereich angeordneten, aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Ultraschall'-Detektor, wobei die empfangenen Schallwellen in ein elektrisches Signal umgewandelt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (2) zeitlich zueinander versetzte Einzelimpulse oder Wellenpakete abstrahlt, daß das vom Empfänger (3) empfangene Wellenpaket (bzw. Einzel impuls) in ein entsprechendes elektrisches Schwingungspaket umgewandelt wird, daß ein begrenzter Bereich des Schwingungspakets abgetastet und der Abtastwert zur weiteren Verarbeitung gespeichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastwert in der Abtastperiode der Spitzenwert des abgetasteten Schwingungspaketbereiches ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastbereich die ersten drei bis fünf Perioden des

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Schwingungspakets erfaßt.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Ultraschall-Detektor,

dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (2) von einem Impulsfolgegenerator (4) gespeist wird, daß dem ein elektrisches Signal abgebenden Empfänger (3) ein aktivierbarer Spitzenwertgleichrichter (6) und diesem eineaktivierbare Übertragungsschaltung (9) zur Übertragung des Spitzenwertes auf einen Speicher (10) nachgeschaltet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (13) vorgesehen ist, der eine Ablaufsteuerung (12) und den Impulsfolgegenerator (4) beaufschlagt, daß die Ablaufsteuerung (12) des Impulsfolgegenerators (4) zur Erzeugung von Impulsfolgen veranlaßt, den Spitzenwertgleichrichter (6) in der Abtastperiode aktiviert und anschließend die übertragungsschaltung (9) veranlaßt, den Spitzenwert abzuspeichern.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (2) und Empfänger (3) auf der gleichen Seite der Materialbahn (1) angeordnet sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (2) und Empfänger (3) auf verschiedenen Seiten der Materialbahn angeordnet sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Ultraschall-Wandler als Sender und Empfänger unter einer entsprechenden Steuerung arbeitet.