DE3618518A1 - Verfahren zum messen von eigenschaften einer durchgehenden materialbahn im querprofil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Eigenschaften einer durchgehenden Materialbahn im Querprofil.

In vielen industriellen Prozessen werden Materialien in der Form einer durchgehenden bzw. zusammenhängenden Bahn erzeugt. Derartige Materialbahnen werden während des Prozesses entwe­ der an Einzelpunkten, an denen für eine bestimmte Stelle in der Querrichtung zur Materialbahn ein Längsprofil erhalten wird, oder an mehreren Punkten mit Hilfe von Sonden gemessen, die auf mechanische Weise quer zur Materialbahn hin- und herbewegt werden, wodurch Meßinformationen sowohl für das Querprofil als auch für das Längsprofil erhalten werden. Heutzutage ist man beispielsweise in der Papier- und Kunst­ stoffindustrie zunehmend bemüht, die Querprofile zu messen und die Maschinen gemäß den Meßergebnissen unmittelbar nach der Messung einzustellen. Zu messende Eigenschaften sind beispielsweise die Feuchtigkeit, das Flächengewicht und die Stärke oder Güte von Oberflächenbeschichtungen.

Bei der Anwendung der bekannten Verfahren bestehen Probleme hinsichtlich der komplizierten Gestaltung der bewegbaren Sonden und deren Anordnung nahe der Materialbahn sowie hin­ sichtlich der Faktoren der Umgebungsbedingungen wie der Feuchtigkeit und der Temperatur, die Schwierigkeiten hin­ sichtlich einer zuverlässigen Funktion der Sonden verur­ sachen. Mit den gegenwärtig bekannten Verfahren ist es nicht möglich, auf zuverlässige Weise gleichzeitig Messungen an einigen verschiedenen Stellen in der Querrichtung zur Mate­ rialbahn vorzunehmen. Ein zusätzliches Problem liegt in der Verzögerung bei dem Erhalten der Meßergebnisse und den da­ durch verursachten Kosten, da die Ergebnisse für den Einsatz zu einer möglichen Steuerung der Eigenschaften der Material­ bahn sofort verfügbar sein sollten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Ausschalten der bei den Verfahren nach dem Stand der Technik auftretenden Mängel für das Messen von Eigenschaften einer durchgehenden Materialbahn im Querprofil ein Verfahren zu schaffen, mit dem das Querprofil einer zu messenden Größe sowohl für die Aus­ gabe als auch für eine Steuerung in Echtzeit erhalten wird. Dabei soll mit der Erfindung ein Verfahren geschaffen werden, bei dem die Messungen ohne mechanisch bewegbare Sonden vorge­ nommen werden und das zuverlässig, betriebssicher und von Änderungen der Umgebungsbedingungen unbeeinflußt ist.

Die Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit optischer Messung (mit Ultraviolettlicht, sichtbarem Licht oder Infrarotlicht) sind keine mechanisch in der Querrichtung bewegte Sonden erforderlich, während das Querprofil der zu messenden Größe verzögerungsfrei ermittelt wird.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenan­ sicht eines Aufbaus zur Ausführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens gemäß einem Beispiel.

Fig. 2 ist eine Blockdarstellung eines Auswerteteils des Aufbaus nach Fig. 1.

Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau weist in einem Lichtquellenge­ häuse 2 angeordnete Impulslaser, einen Meßquerträger 7, der im wesentlichen in Querrichtung zu einer Materialbahn 1 an­ geordnet wird, einen parallel zu dem Meßquerträger angeordne­ ten Auswertequerträger 8 und einen Auswerteteil 6 auf. Inner­ halb der Querträger sind Leiterelemente bzw. Lichtleiter 3 bzw. 5 aus einem optisch leitenden Material wie beispiels­ weise Lichtleitfasern angeordnet. Der Lichtleiter bzw. das Lichtabgabe-Faserbündel 3 ist für das Weiterleiten von aus den Impulslasern zugeführten Lichtimpulsen innerhalb des Meßquerträgers 7 ausgebildet. In dem Lichtleiter 3 und dem Meßquerträger 7 sind in gegenseitigen Abständen Zwischenaus­ lässe 4 ausgebildet, während in dem Auswertequerträger 8 an den entsprechenden Stellen Öffnungen 9 ausgebildet sind, in die Fasern des Sammel-Faserbündels bzw. Lichtleiters 5 einge­ setzt sind. Die Abstände zwischen den Zwischenauslässen 4 sind so gewählt, daß sie größer als die von dem Licht in dem Lichtleiter während der Dauer eines Lichtimpulses zurückge­ legte Wegstrecke sind. Die Zwischenauslässe an dem Meßquer­ träger sowie die Öffnungen an dem Auswertequerträger sind bei diesem Beispiel durch lichtdurchlässige Abdeckungen 14 ge­ schützt.

Der Lichtleiter 3 ist derart gestaltet, daß er in dem Meß­ querträger 7 von einem Ende bis zum anderen verläuft und bei diesem Beispiel derart umläuft, daß jede Faser des Faserbün­ dels bzw. Lichtleiters mehrmalig von einem Ende des Querträ­ gers bis zum anderen verläuft, und zwar um so öfter, je weiter der dieser Faser entsprechende Zwischenauslaß weg­ gelegen ist. Unter diesen Bedingungen ist die zu dem ersten Auslaß führende Faser des Lichtleiters überhaupt nicht über das andere Ende des Querträgers geführt, während die zu dem zweiten Auslaß führende Faser einmal über das andere Ende des Querträgers geführt ist, die zu dem dritten Auslaß führende Faser zweimal über das andere Ende des Querträgers geführt ist usw. Auf diese Weise entsteht bei der Ankunft der Licht­ impulse an einem jeweiligen Auslaß im Vergleich zu dem voran­ gehenden Auslaß eine bestimmte Verzögerung.

Bei einem zweiten vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird innerhalb des Meßquerträgers von dessen einem Ende bis zu dem anderen Ende mehrmalig nur eine einzige optische bzw. Licht­ leitfaser herumgeführt. Hierbei wird die Oberfläche der Faser an jedem der Auslässe derart behandelt, daß ein Teil des Lichtstroms durch die Oberfläche in den Zwischenauslaß über­ tritt. Die behandelten Stellen an der Oberfläche der Faser werden auf die vorstehend beschriebene Weise angeordnet, wodurch jeweils eine entsprechende Verzögerung erzielt wird. Durch das Behandeln der Oberfläche beispielsweise derart, daß sie ungefähr 2% der Strahlung durchläßt, wird eine funktions­ fähige Lösung erzielt. Für das Herbeiführen der Verzögerung können jedoch auch andere Werte und Ausführungen eingesetzt werden.

Das Lichtabgabe-Faserbündel in dem Meßquerträger kann sehr dünn sein, da je Meßpunkt nur eine einzige Faser oder ein Teil derselben benutzt wird, weil es möglich ist, in das Ende des dünnen Faserbündels bzw. der Faser mit den Lasern eine hohe Leistung einzugeben; demgegenüber müssen die Sammel- Lichtleitfasern in dem Auswertequerträger infolge des erfor­ derlichen Sammelwirkungsgrads für die Lichtstärke dicker gestaltet werden. Diese erforderliche Dicke kann sich ändern und ist von der Leistung der Laser sowie von der Absorption oder dem Durchlaß der zu untersuchenden Materialbahn abhän­ gig.

Mittels des Impulslasers werden in das Lichtabgabe-Faserbün­ deI Lichtimpulse eingegeben, deren Dauer unterhalb einer Mikrosekunde liegt, nämlich in der Praxis im Hinblick auf die elektronische Ausstattung ungefähr 10 bis 100 ns beträgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Funktion des Geräte­ aufbaus werden nun anhand eines Beispiels erläutert, bei dem die Feuchtigkeit einer Papierbahn gemessen wird.

Die Feuchtigkeit einer Papierbahn wird häufig mittels der Absorptionsspitzen von Wasser gemessen, die hinsichtlich der Wellenlänge im nahen Infrarotbereich von 1 bis 2 µm liegen. Für die Messung wird die Absorptionsspitze von Wasser bei 1,4 µm gewählt, während als Bezugswellenlänge 1,30 µm gewählt wird. Die Wahl erfolgt unter Berücksichtigung des Umstands, daß für diese Wellenlängen sowohl Halbleiter-Impulslaser verfügbar sind als auch diese Wellenlängen im Empfangsbereich einer schnellen Diode (Indium-Gallium-Arsen-Diode mit einer Anstiegszeit von ungefähr 1 ns) als Detektorvorrichtung lie­ gen, jedoch können auch andere geeignete Wellenlängen heran­ gezogen werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel für den Meßaufbau werden in dem Lichtquellengehäuse 2 sowohl ein Meßlaser mit der Wellenlänge 1,4 µm als auch ein Bezugslaser mit der Wellenlänge 1,3 µm untergebracht. Zuerst wird mit dem Meßlaser ein ungefähr 30 ns langer Lichtimpuls, der zwischen dem Anstieg und dem Abfall für mindestens 10 ns einen flachen Pegel hat, in den Lichtleiter bzw. das Faserbündel 3 eingege­ ben, aus dem an einer ersten Meßstelle 15 ein bestimmter Teil abgenommen wird. Auf diese Weise gelangt ein Teil des Lichts in den Zwischenraum zwischen den lichtdurchlässigen Schutzab­ deckungen 14 des Meßquerträgers und des Auswertequerträgers. Zwischen den Querträgern befindet sich an dem ersten Meßpunkt 15 kein Papier, so daß daher dieser Meßpunkt zur Festlegung der Nennstärke des Laserlichts bzw. eines Nullwerts Io heran­ gezogen wird. Zu dem nächsten bzw. ersten tatsächlichen Meß­ punkt wird das Licht beispielsweise dadurch geleitet, daß der Lichtimpuls über die Enden des Meßquerträgers geführt wird. Falls die Länge des Meßquerträgers beispielsweise 5 m be­ trägt, trifft an diesem Meßpunkt das Licht nach einer Zeit von ungefähr 2×5×n/c ein, so daß bei einem Brechungsindex n der Lichtleiterfaser (Glas) von 1,55 und der Lichtgeschwin­ digkeit c in Vakuum diese Verzögerungszeit aus der Gleichung zu 50 ns berechnet werden kann. Das Sende-Faserbündel wird um die Enden des Meßquerträgers geführt, um zwischen den Impul­ sen eine Verzögerung herbeizuführen, wobei die Lichtimpulse senderseitig derart geleitet werden, daß sie jeweils eine zusätzliche Schleife über die Enden des Querträgers durchlau­ fen und danach an der Stelle eines jeweiligen Zwischenauslas­ ses 4 austreten. Die Anzahl dieser Meßstellen ist veränderbar und beträgt beispielsweise 50, wodurch 49 Meßpunkte für das Querprofil der Papierbahn 1 gebildet werden bzw. das Querpro­ fil der 5 m-Bahn mit einer Auflösung von 10 cm gemessen werden kann.

Zur Messung des Feuchtigkeitsprofils des Papiers müssen die Querträger gemäß der Darstellung in Fig. 1 an den einander gegenüberliegenden Seiten der Papierbahn angeordnet werden. Wenn das Licht aus den Lichtabgabestellen der Zwischenausläs­ se 4 durch die zwischen den Abdeckungen 14 gelegene Papier­ bahn 1 hindurchtritt, trifft es auf die Sammel-Fasern im Aus­ wertequerträger auf, so daß es in dem Sammel-Faserbündel des Lichtleiters 5 als eine fortgesetzte Impulsfolge zu beobach­ ten ist, die aus 50 Impulsen in Abständen von 50 ns besteht. Die gesammelte Impulsfolge wird dem Auswerteteil 6 folgender­ maßen zugeführt: Nach der Eingabe eines Auswertebefehls wird an der Verstärkung eines Verstärkers ein Anstieg in der Weise eingeleitet, daß der Anstieg der in den Lichtleitfasern bzw. dem Lichtleiter 3 auftretenden Dämpfung entspricht, bzw. so, daß bei gleichmäßiger Aufteilung des Faserbündels auf die verschiedenen Meßpunkte und einer Dämpfung von 90% auf der maximalen Länge 500 m einer Faser bei den verwendeten Wellen­ längen die Verstärkung des Verstärkers innerhalb von 50×50 ns bzw. 2,5 µs exponential auf das zehnfache ansteigt.

Ferner erhält der Verstärker eine derartige Vorspannung, daß der Spannungspegel für einen 8-Bit-Analog/Digital-Wandler 12 umgesetzt wird, nämlich in der Weise, daß der höchste Wert für die Obergrenze und der niedrigste Wert für die Untergren­ ze des Meßbereichs eingesetzt wird. Danach wird die auszuwer­ tende Impulsfolge zu Halteschaltungen 17 mit einer Einstell­ zeit von ungefähr 10 ns weitergegeben, die mit Multiplexern 18 ausgelesen werden, wobei die Signale unter Kanalaufteilung in einen Signalprozessor 19 eingegeben werden. Eine Steuer­ einheit 13 mit einem Mikroprozessor bewirkt die Aufteilung und die Auswertung mit diesen vier Signalprozessoren 19 in der Weise, daß die Meßergebnisse aufeinanderfolgend in Inter­ vallen von 50 ns in Schiebespeicher (FIFO-Speicher) 11 einge­ geben werden. Die Zeit für die A/D-Umsetzung auf 8 Bit sowie für die Speicheraufnahme in einen der Signalprozessoren be­ trägt 200 ns, so daß daher bei diesem Beispiel vier Prozesso­ ren parallel eingesetzt werden. Unmittelbar danach bzw. nach ungefähr 3 µs von der Abgabe eines vorangehenden Laserimpul­ ses an wird mit dem Bezugslaser ein Impuls in den Lichtleiter 3 eingegeben, wobei die Verarbeitung die gleiche wie bei dem Meßlaser ist und die Ergebnisse wiederum als Fortsetzung der vorangehenden Auswertung in die Schiebespeicher eingespei­ chert werden. Als nächstes werden von dem Hauptprozessor, nämlich der Steuereinheit 13 zuerst die Ergebnisse aus dem Meßlaserlicht gesammelt und entsprechend dem ersten Kanal bzw. der ersten Meßstelle, nämlich dem Nullwert Io geordnet, wonach die Ergebnisse aus dem Bezugslaserlicht entsprechend dem Nullwert Io für dasselbe geordnet werden. Von der Steuer­ einheit 13 werden die Feuchtigkeitswerte auf die übliche Weise mittels Eichproben aus dem Verhältnis zwischen dem Bezugskanal und dem Meßkanal ermittelt. Bei einer Einzelmes­ sung während 3 µs wird die Papierbahn praktisch kaum bewegt, so daß daher die Bezugswerte und die Meßwerte von der glei­ chen Stelle der Bahn abgenommen werden, da der Auswertungsbe­ reich einen Durchmesser von 5 bis 8 cm hat und die Bahn in der Papiermaschine während der 3 µs um höchstens 0,1 mm bewegt wird.

In der Praxis wird der Meßvorrichtungsaufbau folgendermaßen betriebsbereit gemacht: Während des Einführens der Bahn wer­ den der Meßquerträger und der Auswertequerträger nach einem bekannten Verfahren wie beispielsweise mittels Druckluftzy­ lindern 21 von der Bahn weg bewegt, wonach sie zur Messung nahe an die Bahn unter einem restlichen Abstand von 1 bis 2 cm gesetzt werden. Unter Steuerung durch den Hauptprozessor bzw. die Steuereinheit beginnt das Messen in Intervallen von 1 ms, wobei zuerst die Untergrenze der Verstärkervorspannung nahe "0" abgesenkt und die Verstärkung auf einen Minimalwert eingestellt wird, bei dem die Amplituden alle Impulse und Sicherheit in dem Auslesefenster des 8-Bit-Wandlers liegen. Danach wird nur die der Wasser-Absorptionsspitze entsprechen­ de tatsächliche Meßwellenlänge eingesetzt und für die Auswer­ tung der Wert aus dem ersten Kanal bzw. von der ersten Meß­ stelle, nämlich der Nullwert Io abgezogen. Daraufhin beginnt ein Anheben der Vorspannungsgrenze des Verstärkers, bis der mögliche Niedrigstwert erreicht ist, an dem die Untergrenze festgelegt wird. Dann wird die Verstärkung derart angehoben, daß der mögliche höchste Meßwert der Obergrenze des Analog/ Digital-Wandlers nahe kommt. Auf diese Weise wird die maxi­ male Auflösungsfähigkeit des Analog/Digital-Wandlers er­ reicht. Danach wird die Intensität in diesem ersten Kanal bzw. an der ersten Meßstelle für den Nullwert Io auf automa­ tische Weise mit einem sog. Graukeil auf die Mitte des zuvor eingestellten Auswertungs- bzw. Meßfensters eingestellt. Der Graukeil wird unmittelbar vor die Einlaßfaser für den Io- Kanal gesetzt. Abschließend wird von dem Meßprozessor der Nullwert Io für den Laser mit der Bezugswellenlänge über den ersten Kanal für den Nullwert Io auf die Mitte des Meßfen­ sters eingestellt und es wird geprüft, ob die Meßwerte gleichfalls in das Meßfenster des Analog/Digital-Wandlers fallen.

Auf diese Weise wird der Meßvorrichtungsaufbau geeicht, wo­ nach dann das fortgesetzte Messen begonnen werden kann. Die Zeit für eine derartige Eichung beträgt nur einige wenige Sekunden. Danach wird das Meßsystem immer geeicht, wenn ei­ nige Meßwerte das Meßfenster des Analog/Digital-Wandlers überschreiten oder unterschreiten, sowie in immer für die Regelung möglichen Intervallen. Die Wassermenge an jedem der 49 Meßpunkte wird aus dem Verhältnis zwischen der jeweiligen Lichtstärke aus dem Meßlaser (1,4 µm) und der jeweiligen Lichtstärke aus dem Bezugslaser (1,3 µm) berechnet.

Die Fig. 2 zeigt ferner auch ein Einstellsignal 22 für den Graukeil, ein Leistungseinstellsignal 23 für einen der Im­ pulslaser sowie ein Ausgangssignal 24 für das fertiggestellte Querprofil zur Sichtanzeige, Meldung oder Steuerung.

Die Berechnung des Feuchtigkeitsanteils aus den Meßergebnis­ sen erfolgt entweder mittels eines vorgegebenen mittleren Trockenflächengewichts, welches mit einem an irgendeiner anderen Stelle der Maschine angeordneten genauen Flächege­ wichtmeßgerät gemessen wird, oder es wird bei dem System ein sog. Beta-Flächengewichtmeßgerät eingesetzt, mit dem das Flächengewicht an der Stelle eines der Meßpunkte gemessen wird und das Flächengewicht für die anderen Meßpunkte aus der Dämpfung der Bezugswellenlängen-Strahlen durch Eichung ermit­ telt wird. Hierbei müssen als Meßwerte für alle Meßpunkte ohne Papierbahn die Nullwerte gespeichert werden, wobei durch Vergleich mit diesen die Dämpfung für einen jeden Meßpunkt bzw. der sog. geometrische Faktor berechnet werden kann. Mit dieser Gestaltung wird bei der Berechnung der Mittelwerte von noch mehr Messungen eine genaue Echtzeit-Feuchtigkeitsmessung erreicht, wobei die analogen Signale mit einer Genauigkeit von besser als 1 Promille gemessen werden und die Feuchtig­ keit schließlich mit einer Genauigkeit von besser als 0,1% ermittelt wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auch organische oder anorganische Oberflächenbeschichtungen oder beispiels­ weise fluoreszierende Substanzen gemessen. Hierbei werden die Querträger auf der gleichen Seite der Materialbahn unter einem derartigen gegenseitigen Winkel angeordnet, daß das von der zu untersuchenden Oberfläche gestreute Licht auf die Oberfläche des Auswertequerträgers an den Stellen der Öffnun­ gen in diesem trifft. Bei einer quantitativen Messung der Oberflächenbeschichtung wird das Licht an der Grenzfläche zwischen der Beschichtung und der Materialbahn reflektiert. Da die Oberflächenbeschichtung bei einer der Wellenlängen stärker absorbiert als bei der anderen, werden die Impulsla­ ser auf diese Wellenlängen eingestellt und es wird an jedem Meßpunkt das Verhältnis der Reflexionen gemessen, wodurch mittels einer Eichung mit bekannten Proben das Querprofil der Oberflächenbeschichtung errechnet werden kann.

Fluoreszierende Substanzen werden dadurch gemessen, daß ein einzelner Impulslaser eingesetzt wird und zwischen das Sam­ mel-Faserbündel bzw. den Lichtleiter 5 und den Detektor 10 ein Filter gesetzt wird, mit dem für die Messung nur die Fluoreszenzwellenlänge ausgewertet wird. Aus der auf diese Weise an verschiedenen Meßpunkten ermittelten Fluoreszenz­ lichtmenge wird mittels einer Eichung mit bekannten Proben die Menge der fluoreszierenden Substanz oder deren Konzentra­ tion in der Materialbahn berechnet.

Für Messungen im Ultraviolettbereich ist es erforderlich, beispielsweise zwei Stickstoff-Laser zu verwenden, aus denen das Licht geeigneter Wellenlängen über verschiedene Filter in den Lichtleiter 3 eingegeben wird. Bei Ultraviolettlicht, sichtbarem Licht und Infrarotlicht bis zur Wellenlänge 1 µm können als Detektoren normale Siliciumdioden verwendet wer­ den. Im allgemeinen sind mit heutzutage verfügbaren Materia­ lien die Lichtleiterfasern für einen Bereich verwendeter Lichtwellenlängen von 200 nm bis 4 µm geeignet, obgleich in der Nähe der beiden Bereichsgrenzen die langen Lichtleitfa­ sern schon eine beträchtliche Dämpfung der Lichtintensität zeigen.

Bei dem Verfahren entsteht eine Verzögerung auch durch die Zwischenabstände zwischen den Auswertepunkten an dem Auswer­ tequerträger, was als zusätzliche Verzögerung der Impulsin­ tervalle in der zu untersuchenden Impulsfolge betrachtet werden kann. Natürlich könnte auch eine zusätzliche Verzöge­ rung im Auswertequerträger durch die Länge der Lichtleitfa­ sern hervorgerufen werden, sogar bis zu dem Ausmaß, daß die Verzögerungszeit an dem Lichtabgabe-Meßquerträger auf ein Mindestmaß verkürzt ist. Dies ist jedoch nicht sinnvoll, da an dem Auswertequerträger die auszuwertende Lichtstärke durch Steigerung der Dicke des Lichtleitfaser-Bündels gesteigert werden kann.

In Maschinen für die Herstellung einer durchgehenden Mate­ rialbahn wie in Papier- oder Kunststoffilm-Maschinen werden Querprofile unterschiedlicher Eigenschaften der Materialbahn üblicherweise mit Hilfe von mechanisch in Querrichtung hin­ und herbewegten Sonden gemessen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können einige unterschiedliche Meßgrößen wie bei­ spielsweise das Flächengewicht, Füllmaterialien, Oberflächen­ beschichtungen und die Feuchtigkeit in vielen Fällen auf optische Weise in Echtzeit als Querprofile ohne eine mechani­ sche Querbewegung ermittelt werden. Das Verfahren besteht darin, daß aus Lasern Lichtimpulse mit gewünschten Wellenlän­ gen über eine optische Verzögerungsleitung auf die Bahn ge­ richtet werden, auf der damit eine Reihe quer angeordneter Meßpunkte gebildet wird, von denen die Meßergebnisse als serielle Impulsamplitudenfolge erhalten werden; aus den Aus­ wertungsergebnissen mit normierter Impulsamplitude wird das Querprofil der zu messenden Größe unter Eichung mit bekannten Proben berechnet. Die Normierung der Laserimpulse erfolgt über einen einzigen Auswertungskanal. Dieser Auswertungskanal enthält keinerlei andere Informationen, sondern nur die den jeweils gerade vorliegenden Laserimpuls betreffende Intensi­ tätsinformation, mit der die von anderen Meßpunkten erzielten Intensitätsinformationen in Zusammenhang gebracht werden, die die Information über die Materialbahn liefern. Bei dem Ver­ fahren kann ein einziger Impulslaser verwendet werden oder es können Impulslaser mit einigen verschiedenen Wellenlängen eingesetzt werden, wobei das Meßlicht durch die Bahn hindurch gesendet oder an dieser reflektiert werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zum Messen von Eigenschaften einer durchgehenden Materialbahn im Querprofil, wobei Lichtimpulse bestimmter Wellenlängen in einen aus Lichtleitermaterial bestehenden, im wesentlichen quer zur Materialbahn angeordneten ersten Licht­ leiter eingegeben werden, die Lichtimpulse aus dem ersten Lichtleiter über Zwischenauslässe auf die Materialbahn ge­ richtet werden und die durch die Materialbahn hindurchtre­ tenden und/oder von dieser gestreuten Lichtimpulse mittels eines im wesentlichen zu dem ersten Lichtleiter parallel angeordneten zweiten Lichtleiters gesammelt und einem Auswer­ teteil zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtimpulse aufeinanderfolgend aus mindestens einem Impuls­ laser in den ersten ersten Lichtleiter eingegeben werden, der innerhalb eines Meßquerträgers angebracht wird, daß die Lichtimpulse aus benachbart angeordneten Zwischenauslässen auf die Materialbahn über eine Wegstrecke geleitet werden, die größer als die von den Lichtimpulsen in dem Lichtleiter während der Dauer eines Lichtimpulses durchlaufene Strecke ist, daß die Lichtimpulse mittels des zweiten Lichtleiters an Öffnungen eines Auswertequerträgers gesammelt und dem Auswer­ teteil zugeleitet werden, an dem die über die Zwischenausläs­ se geleiteten Lichtimpulse als aufeinanderfolgende Impulse ankommen und in dem sie entsprechend einer Nennstärke ver­ stärkt werden, und daß das Querprofil der zu messenden Eigen­ schaft durch Vergleichen der Impulsstärken mit durch Eichung erzielten Ergebnissen errechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtimpulse einem in dem Auswerteteil angeordneten Detektor zugeleitet werden, daß die vom Detektor infolge der unter­ schiedlichen Wegstrecken in den Lichtleitern in Form einer Impulsfolge abgegebenen Signale verstärkt und ausgewertet werden und daß für jeweils aufeinanderfolgende Meßpunkte die betreffende Impulsamplitude ermittelt und in einen Speicher des Auswerteteils eingespeichert wird, aus dem die Ergebnisse zur Berechnung ausgelesen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung des Lichts aus dem mindestens einen Impuls­ laser in dem ersten Lichtleiter für die Lichtabgabe sowie in dem zweiten Lichtleiter für das Sammeln mittels eines in dem Auswerteteil eingebauten Verstärkers kompensiert wird, dessen Verstärkung exponentiell mit der gleichen Zeitkonstante wie die Dämpfung der Lichtwellen auf deren Weg in den Lichtlei­ tern vor der Auswertung ansteigt, wobei der Anstieg der Verstärkung mittels einer einen Mikroprozessor enthaltenden Steuereinheit ausgelöst wird, wenn von der nächstgelegenen Meßstelle her der erste Lichtimpuls zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Verstärker in dem Auswerteteil ein Verstärker mit Vorspannung verwendet wird, mit dem bei einer Anfangseichung der Bereich eines Analog/Digital-Wandlers automatisch auf den Schwankungsbereich von Meßsignalen be­ grenzt wird, daß mit einem automatisch bewegbaren Graukeil das von dem Lichtleiter zu einem Nennmeßpunkt kommende Licht für ein Meßsignal innerhalb der Grenzen eingestellt wird und daß aus den dermaßen erhaltenen Meßergebnissen unter Anrech­ nung der Vorspannung die Werte der für die Darstellung des Querprofils der Materialbahn gewünschten Meßgröße berechnet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt einer Papierbahn mittels zweier Laser mit Wellenlängen im nahen Infrarotbe­ reich gemessen wird, von denen eine der Wellenlänge der Absorptionsspitze von Wasser entspricht und die andere als Bezugswellenlänge herangezogen wird, wobei das Flächengewicht des Papiers aus der Absorption der Strahlen mit der Bezugs­ wellenlänge ermittelt wird und der Wassergehalt aus dem In­ tensitätsverhältnis zwischen den Strahlen beider Wellenlängen ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Ermitteln des Querprofils einer Ober­ flächenbeschichtungsmenge der Materialbahn der Meßquerträger und der Auswertequerträger auf der gleichen Seite der Mate­ rialbahn unter einem gegenseitigen Winkel angeordnet werden, bei dem das von der zu untersuchenden Oberfläche gestreute Licht auf die Oberfläche des Auswertequerträgers an den Stellen der Öffnungen auftrifft, wobei die Oberflächenbe­ schichtung das Licht einer Wellenlänge stärker als das Licht einer anderen Wellenlänge absorbiert und Impulslaser für diese Wellenlängen eingesetzt werden, und daß für einen jeden Meßpunkt das Verhältnis zwischen den an der Grenzfläche zwi­ schen der Oberflächenbeschichtung und der unbeschichteten Materialbahn reflektierten Lichtstrahlen gemessen wird, wo­ durch mittels einer Eichung mit bekannten Proben das Quer­ profil der Oberflächenbeschichtung berechenbar ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die Messung einer fluoreszierenden Oberflächenbeschichtung oder eines fluoreszierenden Füllma­ terials mit einem Impulslaser in den Lichtleiter für die Lichtabgabe Lichtimpulse mit abgestimmter Wellenlänge einge­ geben werden, zwischen den Lichtleiter für das Sammeln und den Auswerteteil ein Filter eingesetzt wird, das nur das Fluoreszenzlicht durchläßt, und aus der dermaßen erhaltenen Fluoreszenzlichtmenge an den verschiedenen Meßpunkten unter Eichung mit bekannten Proben die Menge der fluoreszierenden Substanz oder deren Gehalt in der Materialbahn berechnet wird.