DE4445720A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Masse eines bewegten Faserbandes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Masse eines bewegten Faserbandes in einem das Faserband umschließenden Führungselement, wobei das Faserband mittels Strahler quer durchstrahlt wird, die das Faser­ band verlassende Reststrahlung mittels Meßelement, das nach einer durch physikalische Gesetze bestimmten Kennlinie arbeitet, gemessen wird, die gemessene Rest­ strahlung in elektrische Signale gewandelt wird und die elektrischen Signale einer elektronischen Verar­ beitungseinheit für Anzeige-, Speicher- und/oder Stellprozesse zugeführt werden.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der beschriebenen Art ist durch die DD-PS 2 74 241 bekannt geworden.

Bei diesem Verfahren wird das Faserband durch einen an sich bekannten Trichter auf einen relativ kleinen Querschnitt komprimiert. Am Umfang dieses komprimierten Faserbandes wird auf einer Seite des Bandes ein Strah­ ler angeordnet. Gegenüber befindet sich ein Meßelement in Form einer Photodiode, die die Strahlungsintensität auf der dem Strahler gegenüberliegenden Seite erfaßt und als elektrisches Signal der weiteren Verwertung zu­ führt.

Dieses so gewonnene Meßergebnis ist fehlerbehaftet, insbesondere dann, wenn Faserbänder unterschiedlicher Farbe und unterschiedlicher Reflexionseigenschaften gemessen werden.

Zur Ausschaltung dieses Fehlers des Meßsignals ist innerhalb der Faserbandführung eine zweite Meßstelle vorgesehen.

Die zweite Meßstelle ist durch eine V-förmige Anord­ nung von Strahler und Meßelement gekennzeichnet. Sie erfaßt im wesentlichen nur ein Maß für die reflektier­ ten Strahlen.

Dieses Signal wird gemeinsam mit dem durch Transmission gewonnenen Signal erfaßt, verarbeitet und in ein Signal gewandelt, das der Masse des Faserbandes im jeweils gemessenen Bereich proportional sein soll.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß dieses Verfahren zur Korrektur des Meßwertes mit Hilfe des Reflexionswertes aus dem Meßvorgang nicht geeignet ist, die Proportiona­ lität zwischen Meßwert und tatsächlicher Masse des Faserbandes zu sichern.

Durch die DD 2 74 242 wird eine weitere Verfahrensweise zur Korrektur eines Meßsignales in Abhängigkeit von der Farbe und den Reflexionseigenschaften eines Faserbandes vorgeschlagen.

Bei diesem Verfahren wird das Faserband nacheinander in Bereichen gemessen, in denen es im unterschiedlichen Maße komprimiert ist.

Die unterschiedliche Größe der Transmissionsanteile bei unterschiedlicher Komprimierung dient als Ausgangswert für die Korrektur des Meßsignales.

Auch diese Verfahrensweise ist nicht geeignet, Meßwerte zu erzielen, die der Masse des gemessenen Faserbandes direkt proportional sind.

Mit der DE 41 06 567 A1 wird eine weitere Variante eines Meßverfahrens und einer entsprechenden Meßvor­ richtung vorgeschlagen.

Bei diesem Verfahren wird das Faserband ebenfalls in der bereits beschriebenen Weise im zu messenden Bereich verdichtet.

In der Meßebene sind mehrere, sich gegenseitig kreuzende Meßanordnungen, bestehend aus Strahler und Meßelement angeordnet.

Dabei sind jedem Meßelement zwei oder mehrere Strahler zugeordnet. Mit dieser Maßnahme wird offensichtlich das Ziel verfolgt, dem Meßelement ein ausreichend großes und stabiles Lichtsignal zuzuleiten, ohne den Strahler mit einer entsprechend großen Strahlungsleistung zu beaufschlagen.

Zwischen dem Strahler und der Oberfläche des Faserban­ des und zwischen dem Faserband und dem Meßelement ist ein Glasring angeordnet, der ein ungestörtes Gleiten des Faserbandes gewährleisten soll und gleichzeitig als lichtdurchlässiges Element den Meßvorgang ermöglicht.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein erheblicher Teil der durch den Strahler aufgebrachten Lichtleistung nicht das Faserband durchdringt, sondern im Ring wei­ tergeleitet wird.

Die mit dieser Vorrichtung erzeugten Meßwerte sind in gleicher Weise fehlerbehaftet wie es bereits in Bezug auf die vorher genannten Literaturstellen dargestellt wurde.

An diesen fehlerhaften Meßergebnissen ändert auch die Anwendung des allgemein bekannten Impulsverfahrens nichts.

Durch die europäische Patentschrift 0 509 187 A1 wurde versucht, anstelle der Lichtstrahlung akustische Strah­ len zur Messung der Bandmasse einzusetzen.

Ein Vibrator erzeugt Schwingungen, die das Band durch­ queren und nach entsprechender Dämpfung durch das Band durch ein Mikrophon erfaßt und in elektrische Signale gewandelt werden.

Der Grad der Dämpfung der Schwingungen durch das Faser­ band sollte dabei der Masse des Faserbandes proportio­ nal sein.

Dieser Fall tritt in der Praxis nicht ein.

Der Meßwert wird insbesondere durch die Leitung der Schwingungen durch den Körper des Meßgehäuses so ver­ fälscht, daß die Meßwerte im praktischen Betrieb nicht verwertbar sind.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Meßwerte, unab­ hängig von der Farbe des Faserbandes und den Reflexi­ onseigenschaften der Fasern, so zu gestalten, daß sie der tatsächlichen Masse des Faserbandes im jeweils gemessenen Bereich proportional sind.

Diese so gestellte Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 definierte Verfahren auf einfache Weise und mit überra­ schenden Ergebnissen gelöst.

Das im Anspruch 1 definierte Verfahren basiert auf dem Grundgedanken, daß mit Hilfe der Transmissionsmessung stets ein Wert erfaßt wird, der - gleichbleibende Partie der Faserbänder vorausgesetzt - der Masse des Faserbandes proportional ist.

Unterschiedliche Farben der Faserbänder und unter­ schiedliche Reflexionseigenschaften siedeln diesen Meßwert jedoch in unterschiedlichen Meßbereichen des Meßelementes an.

Die unterschiedliche Form der Kennlinie der Meßelemente führt dann dazu, daß gleiche Unterschiede in den erfaß­ ten Strahlen zu unterschiedlichen elektrischen Signalen gewandelt werden.

Diese Signale sind in unterschiedlichen Meßbereichen unterschiedlich proportional zur Masse des gemessenen Faserbandes.

Mit dem vorliegenden Verfahren wird gewährleistet, daß durch die Anpassung der Strahlungsleistung an einen auf der Kennlinie des Meßelementes ausgewählten, optimalen elektrischen Mittelwert, dem Vorgabewert, stets im gleichen Meßbereich gearbeitet wird.

Die Meßwerte können dadurch anhand bekannter und genau erfaßbarer physikalischer Vorgänge genau definiert und gegebenenfalls exakt korrigiert werden.

Die Erfindung ermöglicht so eine hochgradig proportio­ nale Gestaltung der Meßwerte, bezogen auf die Masse des jeweils zu messenden Faserbandabschnittes.

Wählt man den Vorgabewert und damit den optimalen Meßbereich nach Anspruch 2, kann man mit einfachen technischen Mitteln die Proportionalität zwischen der Masse des Faserbandes und dem gewonnenen Meßwert sichern.

Die Verwendung von Lichtstrahlen für die Messung der Banddicke gibt die Möglichkeit, äußere Störeinflüsse durch einfache Maßnahmen weitgehend auszuschalten.

Das Einstellen der Leistung des Strahlers nach Anspruch 4 sichert bei ausreichender Präzision der Strahlungs­ leistungen eine schnelle und zuverlässige Arbeitsweise unter Einsatz der, an der Maschine vorhandenen Steue­ rungen.

Mit der in Anspruch 5 definierten Vorrichtung läßt sich das eingangs genannte Verfahren problemlos realisieren.

Mit dem Begriff der "Umschalteinheit" wird hier ein Schaltelement bezeichnet, das geeignet ist, die Steuer­ einheit für die Leistung des Strahlers,

• - entweder in Abhängigkeit von ausgewerteten Meß­ ergebnissen durch ein bestimmtes Programm des Rechners
• - oder zum Zeitpunkt des Einsteuerns einer neuen Partie von Faserstoffen oder Faserbändern in den Produk­ tionsvorgang manuell ein- oder auszuschalten (Anspruch 6 und 7).

Durch die Zuordnung eines Pulsgebers nach Anspruch 8 wird gewährleistet, daß bei optimaler Strahlungs­ leistung für den Meßvorgang die insgesamt auf das Faserband aufgestrahlte Energie niedrig gehalten werden kann.

Anspruch 9 beinhaltet eine Anpassung der Meßvorrichtung an die Verfahrensweise nach Anspruch 3.

Die Gestaltung des Führungselementes nach Anspruch 10 erlaubt es, eine große Zahl von Meßstellen unter defi­ nierten Bedingungen über die gesamte Breite eines Faserbandes oder einer Schar von Faserbändern anzuord­ nen, deren Strahlung gemeinsam zu korrigieren und deren Meßergebnisse durch einfache Summierung zusammenzu­ fassen.

Das Führungselement und seine Einstellbarkeit nach Anspruch 11 gestattet es, an einer einzigen Meßanord­ nung das Messen von Faserbändern mit voneinander extrem abweichenden Masseverhältnissen durchzuführen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen,

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Meßver­ fahrens in Form eines Blockschaltbildes,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Meßvorrichtung längs der Bewegungsrichtung des Faserbandes und

Fig. 3 eine Ansicht auf das Führungselement in Bewegungsrichtung des Faserbandes - teil­ weise geschnitten.

Zum Zwecke des Messens der Masse des Faserbandes 6 wird das Faserband 6 in einem quer zur Bewegungsrichtung allseitig begrenzten Führungselement 7 geführt. Für die Führung des Faserbandes 6 zum Zwecke der Mes­ sung der Masse wird lediglich die Forderung gestellt, daß die Grundfläche des Faserbandes 6 in der Ebene der Meßelemente 4 in etwa gleicher Dicke geführt wird. Das Faserband 6 wird vorzugsweise nicht komprimiert und muß die obere Führungsfläche 72 auch nicht berühren.

Innerhalb des Führungselementes 7 sind an der unteren Führungsfläche 71 und an der oberen Führungsfläche 72 Glasplatten 711, 721 vorgesehen.

Oberhalb der Glasplatte 711 befinden sich in einer oder mehreren Reihen in Bewegungsrichtung des Faserbandes hintereinander mehrere Strahler 31, 32, 33, . . . 3n.

Unterhalb der unteren Glasplatte 721 sind als Empfänger 4 ausgestaltete Meßelemente, z. B. Photodioden 41, 42, 43 . . . 4n eingefügt.

Den Strahlern 31, 32, 33, . . . 3n ist eine Steuereinheit 3 zugeordnet, die geeignet ist, den Strahlern 31, 32, 33, . . . 3n unterschiedliche Strahlungsenergie zuzuführen. Die Größe der zugeführten Strahlungsenergie wird durch eine symbolisch dargestellte Umschalteinheit 26 be­ stimmt. Sie führt entweder eine variable, korrigierte Strahlungsleistung über eine Leitung 261 oder eine konstante Strahlungsleistung - dargestellt durch eine ebenfalls symbolische Leitung 262 - zu.

Diese Umschalteinheit 26 ist wiederum einer Rechnerein­ heit 2 zugeordnet. Letztere ist in an sich bekannter Weise mit Datenspeichern 21, mit Speichern für die Qualitätsdatenerfassung 22, mit allgemeinen Auswer­ teeinheiten 23 (z. B. Reglern) und mit Anzeigeeinheiten 24 verbunden.

Dieser Rechnereinheit 2 kann eine weitere Steuerung 1 übergeordnet sein, die den Prozeß der kompletten Ma­ schine oder einer ganzen Anlage steuert und kontrol­ liert.

Die Empfänger 4 erfassen die nach unten aus dem Faser­ band austretende Reststrahlung, die durch das Faserband nicht absorbiert wurde und wandeln diese entsprechend ihrer Kennlinie in elektrische Signale um.

Diese elektrischen Signale werden z. B. durch Addition zusammengefaßt und über einen A/D-Wandler 5 und die Leitung 51 für Auswertevorgänge der Rechnereinheit 2 zugeleitet.

Zum Zwecke der sogenannten Kalibrierung der Meßvorrich­ tung wird in das Führungselement 7 ein für die nachfol­ gend zu bearbeitende Partie von Faserbändern charakte­ ristisches Faserband 6 eingelegt.

Zur Definition des gewünschten Meßbereiches bestimmt man anhand der Kennlinie der Meßelemente den optimalen Bereich, der für den Meßvorgang ausgewählt wird. Etwa in der Mitte dieses gewählten Meßbereiches legt man den sogenannten Vorgabewert fest und gibt diesen Wert der Rechnereinheit 2 als anzusteuernden Sollwert vor.

Jetzt stellt man die Umschalteinheit 26 auf die Vorgabe einer variablen Strahlungsleistung um.

Durch eine inkrementale Veränderung der Strahlungslei­ stung wird dieselbe beim Vorliegen eines Differenzsi­ gnales so an einen Wert herangeführt, bei dem das auf der Grundlage der gemessenen Reststrahlung ermittelte elektrische Signal in der Größe entsteht, die dem gewählten, mittleren Vorgabewert entspricht.

Auf diese Weise ist es möglich den Meßvorgang stets im optimalen Meßbereich durchzuführen.

Verändert sich im Laufe der Produktion aus irgendwel­ chen Gründen die Masse oder die Farbe des Faserbandes oder die Reflexionseigenschaften der Fasern so, daß die durchschnittlich gemessenen Werte um einen größeren Betrag ständig in gleicher Richtung vom Vorgabewert abweichen, kann die Rechnereinheit 2 oder 1 auf der Grundlage dieser Differenz die Umschalteinheit 26 betätigen und die Strahlungsleistung der Strahler 31, 32, 33, . . . 3n so nach oben oder unten korrigieren, daß die Meßwerte wieder gleichmäßig um den Vorgabewert plaziert sind.

Diesen Vorgang kann man als sogenannte dynamische Kalibrierung bezeichnen.

Diese dynamische Kalibrierung kann man auch gezielt dazu nutzen, die Meßvorrichtung nach der statischen Kalibrierung (Anpassung der Strahlungsleistung im Stillstand) auf einen auch dynamisch bestätigten Vorgabewert einzustellen.

Als strahlendes Medium kann man unterschiedliche Medien nutzen. Vorteilhaft sind Strahler im Bereich der Wel­ lenlänge des Lichtes, weil diese Strahlen durch übliche Werkstoffe sicher abgeschirmt werden können.

Strahler im Frequenzbereich hörbarer Schwingungen oder im Ultraschallbereich sind nur dann zu empfehlen, wenn es gelingt, sowohl den Strahler, das Mikrofon und auch den Raum um das zu messende Faserband so abzuschirmen, daß Störeinflüsse für dem Meßvorgang ausgeschalten werden können.

Sinngemäß ist das Prinzip der Erfindung auch auf Meß­ vorrichtungen anwendbar, die nach dem kapazitativen Prinzip arbeiten.

Unter dem Begriff kontinuierliche Messung wird nicht nur eine solche Messung verstanden, bei der ununterbrochen ein Meßsignal anliegt.

Wir verstehen darunter auch eine solche Messung, bei der in einem ablaufenden Prozeß im erforderlichen Umfang notwendige Messungen durchgeführt werden, deren zeitlicher Abstand durch den Charakter des Prozesses an sich bestimmt wird.

Bezugszeichenliste

1 Steuerung, übergeordnet
2 Rechnereinheit
21 Datenspeicher
22 Qualitätsdatenerfassung
23 Auswertung, allgemein
24 Anzeige
26 Umschalteinheit
261 Leitung, variable Strahlungsleistung
262 Leitung, konst. Strahlungsleistung
3 Steuereinheit
31 Strahler
32 Strahler
33 Strahler
3n Strahler
4 Empfänger
41 Meßelement, z. B. Photodiode
42 Meßelement, z. B. Photodiode
43 Meßelement, z. B. Photodiode
4n Meßelement, z. B. Photodiode
5 A/D Wandler
51 Leitung
6 Faserband
7 Führungselement
71 Führungsfläche
711 Glasplatte
72 Führungsfläche
721 Glasplatte
731 Führungsfläche, verstellbar
74 Führungsfläche, fest

Claims (14)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Masse eines bewegten Faserbandes in einem das Faserband umschließenden Führungselement, wobei

• - das Faserband mittels Strahler quer durchstrahlt wird,
• - die das Faserband verlassende Reststrahlung mittels Meßelement, das nach einer durch physikalische Gesetze bestimmten Kennlinie arbeitet, gemessen wird,
• - die gemessene Reststrahlung in elektrische Signale gewandelt wird und
• - die elektrischen Signale einer elektronischen Verarbeitungseinheit für Anzeige-, Speicher- und/oder Stellprozesse zugeführt werden,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Intensität des Strahlers

• - für eine Partie von Faserbändern
• - bei Vorlage eines die Partie repräsentierenden Faserbandes im Führungselement
• - in Abhängigkeit von einem vorgewählten, mittleren Vorgabewert eingestellt wird, und

daß der mittlere Vorgabewert ein elektrischer Wert ist,

• - der sich etwa in der Mitte eines definierten Meßbereiches der Kennlinie des Meßelementes befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Vorgabewert aus einem nahezu linearen und damit optimalen Meßbereich der Kennlinie des Meßelementes ausgewählt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler Lichtstrahlen, vorzugsweise aus dem Spektralbereich der Infrarotstrahlen sendet und daß die Kennlinie des Meßgerätes die Kennlinie eines Phototransistors ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einstellen der Leistung des Strahlers bei Feststellung einer zulässigen Differenz zwischen dem Meßwert und dem mittleren Vorgabewert schrittweise bis zur Übereinstimmung des Meßwertes mit dem mittleren Vorgabewert erfolgt.

5. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Masse eines bewegten Faserbandes in einem das Faserband umschließenden Führungselement, nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend

• - aus einem Strahler (31, 32, . . . 3n) und einem als Meßelement (41, 42, . . . 4n) ausgebildeten Empfänger (4) an der Peripherie des Faserbandes (6),
• - aus einem Wandler (41, 42, . . . 4n) für die Wandlung der empfangenen Reststrahlen in elektrische Meßwerte und
• - aus einer Recheneinheit (2) zur Verarbeitung der elektrischen Meßwerte,

dadurch gekennzeichnet,
daß dem Strahler (31, 32, . . . 3n) eine Steuereinheit (3) für die Intensität des Strahlers (31, 32, . . . 3n) zugeordnet ist und
daß der Steuereinheit (3) eine Umschalteinheit (26) vorgeordnet ist, die wahlweise

• - eine konstante oder
• - eine incrementierte Strahlungsleistung zuführt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinheit (26) Bestandteil der Rechnereinheit (2) und ihres Programmes ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinheit (26) aus einem handbetätigten Schalter besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Strahler (31, 32, . . . 3n) und/oder dem Empfänger (4) ein Pulsgeber zugeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Strahler (31, 32, . . . 3n) ein Lichtstrahler ist und der Empfänger (4, 41, 42, . . . 4n) als Photodiode ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das, das Faserband (6) umschließende Führungs­ element (7) mindestens zwei zueinander parallele Führungsflächen (71, 72) für das Faserband (6) besitzt
und daß die Strahler (31, . . . 3n) und /oder die Empfänger (4, 41, . . . 4n) in diese Führungsflächen (71, 72) eingefügt sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (7) zusätzlich zu den zueinander parallelen Führungsflächen (71, 72) zwei weitere Führungsflächen (73, 74) besitzt, von denen mindestens eine Führungsfläche (73) parallel zu den ersten Führungsflächen (71, 72) einstellbar ist.