DE69212115T2

DE69212115T2 - Akustischer messfühler der kante einer materialbahn

Info

Publication number: DE69212115T2
Application number: DE69212115T
Authority: DE
Inventors: Michael Marcus
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1991-05-29
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: EP0541775A1; DE69212115D1; US5161126A; WO1992021935A1; JPH06500638A; EP0541775B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Meßfühler zum Erfassen mindestens einer Kante eines Werkstücks mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Ein solcher Meßfühler ist aus der US-A-4,850,232 bekannt.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Erfassen mindestens einer Kante eines Werkstücks.
Ein Anwendungsbereich für die vorliegende Erfindung ist die Materialhandhabung oder -verarbeitung, wo es wünschenswert ist, die Kante einer sich über eine Oberfläche bewegenden Materialbahn zu erfassen, obwohl die Grundlagen der Erfindung auf verschiedene Weise angewendet werden können. Ein Beispiel ist die Erfassung oder Messung der Kante einer Papier- oder Filmbahn, während diese die Oberfläche einer Walze passiert. Es gibt dem Stand der Technik entsprechende Anordnungen, die sich übertragener Energie, wie Licht- oder Ultraschallenergie bedienen, um eine oder mehrere Abmessungen eines Werkstücks, wie beispielsweise Bogenmaterial, zu messen. Solche Anordnungen sind häufig komplex und haben typischerweise Sende- und Empfangs- oder Detektorkomponenten an gegenüberliegenden Seiten des Materialbogens, der die Energiestrahlen zwischen den Komponenten unterbricht.
Es wäre deshalb äußerst wünschenswert, ein neues und verbessertes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Kantenerfassung bereitzustellen, die hinsichtlich Aufbau und Betrieb relativ einfach sind und die eine relativ hohe Auflösung bieten. Insbesondere sollen die Vorrichtung sowie das Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung einen relativ geringen Energiebedarf haben. Außerdem sollen das Verfahren sowie die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung problemlos für eine Materialverarbeitungsvorrichtung verwendbar sein.
Diese technischen Probleme werden mit einem Meßfühler nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Meßfühlers sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 beschrieben.
Ein das obige technische Problem lösendes Verfahren ist in Anspruch 12 beschrieben. Die Unteransprüche 12 bis 15 beschreiben bevorzugte Ausführungsbeispiele des Verfahrens.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a ist eine schematische Ansicht eines akustischen Bahnkanten-Resonanzrohrfühlers entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1b ist eine schematische Ansicht einer alternativen Form des in der Fig. 1a dargestellten akustischen Bahnkanten-Resonanzrohrfühlers;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht der Übertragungs-/ Empfangseinrichtung in dem Meßfühler der Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, mit dem der Meßfühler der Fig. 1 weiter dargestellt wird;
Fig. 4 und 5 sind Graphen mit Wellenformen zur Darstellung der Funktion des Meßfühlers der Fig. 1;
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Form der Übertragungs-/Empfangseinrichtung in dem Meßfühler entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, das eine alternative Form des Meßfühlers der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Form einer Öffnung in dem Meßfühler der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines akustischen Bahnbreiten-Resonanzrohrfühlers entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung

Der Meßfühler zum Erfassen einer Kante nach der vorliegenden Erfindung verwendet eine Resonanzrohr oder einen Resonator in Form eines Rohres oder einer anderen Oberfläche, die eine Vielzahl von Löchern oder einen durchgehenden Schlitz enthält, die bzw. der so angeordnet sind bzw. ist, daß die Kante einer Materialbahn je nach ihrer Position einen Abschnitt des Schlitzes oder eine Anzahl von Löchern abdeckt. Die Luftsäule in dem Rohr wird zum Schwingen gebracht, und das resultierende akustische Signal hat ein Resonanzfrequenzspektrum, das sich mit der Anzahl der Löcher oder dem Abschnitt des Schlitzes, die bzw. der von der Materialbahn abgedeckt werden bzw. wird, ändert. Insbesondere tastet eine Signaldetektoreinrichtung einen Bereich von Signalfrequenzen ab, um die Anzahl der nicht abgedeckten Löcher oder den nicht abgedeckten Abschnitt zu bestimmen.
Nunmehr sei auf Fig. 1a verwiesen, in der ein Fühler 10 der vorliegenden Erfindung zum Messen einer Kante 12 einer Papier- oder Filmbahn 14 dargestellt ist, wenn diese die Oberfläche 16 einer Walze 18 passiert. Der Meßfühler 10 für die Erfassung der Kantenposition besteht aus einem in die Oberfläche der Walze eingebauten Resonanzrohr. Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht der Walze 18 mit der in dieser eingebetteten Resonanzrohrstruktur. Insbesondere ist ein akustisches Rohr mit einer fluidführenden Zone 20 von bestimmter Länge in dem Körper 22 der Walze 18 vorgesehen. Das Rohr ist an jedem Ende geschlossen, d.h. durch eine Oberfläche 24 an einem Ende (Fig. 1a) und durch eine Sende- und Empfangseinrichtung 30 an dem anderen Ende, die noch beschrieben werden. Das Rohr hat eine Öffnung zwischen den Enden, um zwischen der Zone 20 und der Oberfläche 16 eine Fluidverbindung herzustellen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Öffnung durch eine Reihe von im Abstand zueinander angeordneter Öffnungen 32 gebildet, die im Körper 22 vorgesehen sind und die sich jeweils radial Zone 20 durch die Oberfläche 16 nach außen erstrecken. Die Öffnungen 32 haben vorzugsweise konstante und gleiche Durchmesser, sind abstandsgleich angeordnet und erstrecken sich entlang einer im wesentlichen linearen Strecke. Die Öffnungen 32 haben eine relativ kleine Querschnittgröße oder -fläche. Vorteilhafterweise können die Zone 20 und die Öffnungen 32 einfach durch Bohren in dem Walzenkörper 22 ausgeformt werden, so daß der Meßfühler 10 problemlos in vorhandene Walzen oder dgl. eingebaut werden kann.
Während des Normalbetriebs des Meßfühlers 10 geht man davon aus, daß die Materialbahn 14 mit der Walze 18 in Berührung kommt und daß einige der Öffnungen 32 in der Struktur des Resonanzrohrs normalerweise abgedeckt sind. Bewegt sich die Materialbahn 14 in seitlicher Richtung, so wird eine andere Anzahl der Öffnungen 32 des Resonanzrohrs offen sein, was das Resonanzfrequenzspektrum der Struktur beeinflußt. Als Beispiel sei der Fall angenommen, in dem eine seitliche Auflösung von 1/32 Zoll erforderlich ist. Um diese Anforderung zu erfüllen, müssen die Durchmesser der einzelnen Öffnungen kleiner als 1/64 Zoll sein und einen Abstand von 1/32 Zoll haben.
Das Funktionsprinzip ist wie folgt. Die Grundresonanzfreouenz der Struktur nimmt zu, wenn mehr Öffnungen 32 abgedeckt sind, d.h. wenn sich die Kante der Materialbahn 12 in Fig. 1a nach links bewegt. Da das Volumen der Öffnungen 32 extrem klein ist, ist ein sehr geringer Luftdruck bzw. sehr wenig Energie zum Aktivieren des Meßfühlers und Treiben der Schaltung erforderlich. Das entfernte Ende des Rohrs (Fig. 1) wird durch die Einrichtung 30 angesteuert, die einen piezoelektrischen Sender/Empfänger umfassen kann, der sowohl für die Erregung als auch den Empfang der Resonanzfrequenz sorgt.
Obwohl sich das Sender-/Empfängerpaar 30 in der Anordnung der Fig. 1a links befindet, d.h. seitlich außerhalb der Materialbahnkante 12, kann es auch an der rechten Seite der alternativen Form des in Fig. 1b dargestellten Meßfühlers angeordnet werden, in der gleiche Komponenten mit den gleichen mit einem Hochkomma versehenen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Insbesonders erfaßt ein Meßfühler 10' eine Kante 12' einer Materialbahn 14', während diese eine Oberfläche 16' einer Walze 18' passiert. Ein akustisches Rohr umfaßt eine fluidführende Zone 20' von bestimmter Länge in dem Körper 22' der Walze 18' und ist an einem Ende durch eine Oberfläche 34 und an dem anderen Ende durch eine Sende- und Empfangseinrichtung 30' geschlossen. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die Oberfläche 34 seitlich außerhalb der Bahnkante 12' und der Sender/Empfänger 30' innerhalb der Bahnkante 12'. Das akustische Rohr hat eine Reihe von im Abstand zueinander im Körper 22' angeordneten Öffnungen 32', die sich radial nach außen von der Zone 20' durch die Oberfläche 16' erstrecken und die eine relativ geringe Querschnittgröße bzw. -fläche haben. Die Öffnungen 32' haben vorzugsweise konstante und gleiche Durchmesser, sind abstandsgleich angeordnet und erstrecken sich entlang einer im wesentlichen linearen Strecke.
Das Funktionsprinzip des Meßfühlers 10' entspricht dem des Meßfühlers 10, d.h. wenn sich die Materialbahn 14' in seitlicher Richtung bewegt, wird eine andere Anzahl der Öffnungen 32' des Resonanzrohrs offen sein, was das Resonanzfrequenzspektrum der Struktur beeinflußt. Bei dem Meßfühler 10' nimmt jedoch die Resonanzfrequenz ab, wenn mehr Öffnungen 32' von der Materialbahn 14' abgedeckt werden, d.h. wenn sich die Bahnkante 12' bei Betrachtung der Fig. 1b nach links bewegt.
Fig. 2 zeigt eine Form der Sende-/Empfangseinrichtung 30. Es wird eine akustische Wandlerkonfiguration aus einem einzelnen Rohr bereitgestellt, bei der zwei Polyvinylidenfluorid-(PVF&sub2;)-Wandler 36 und 38 an einem Ende des Rohrs 20 nebeneinander schichtweise angeordnet sind. Im einzelnen hat der übertragende Wandler 36 die Form einer Scheibe, die von einem Befestigungsring 40 fixiert wird, und der empfangende Wandler 38 hat ebenfalls die Form einer Scheibe, die durch einen Befestigungsring fixiert wird. Die Scheiben sind durch eine Abschirmung 44 aus Metall oder einem ähnlichen leitenden Material voneinander getrennt, die als Masseebene zur Abschirmung von HF-Störungen zwischen den beiden Wandlern 36, 38 dient. Die Wandler sind in einem leitenden Gehäuse 46 angeordnet, das eine zusätzliche Abschirmung für den empfangenden Wandler 38 zum Ausschalten unerwünschter Störquellen bereitstellt. Elektrische Leitungen (in Fig.2 nicht dargestellt) von den Wandlern 36, 38 sind mit einer gegenüber dem Gehäuse 46 isolierten Anschlußstruktur 48 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit der Erreger- und Detektorschaltung verbunden, die noch beschrieben werden wird.
Polyvinylidenfluorid (PVF&sub2;), ein Polymer, das bei geeigneter Polarisierung piezoelektrische und pyroelektrische Eigenschaften aufweist, wird als Material für den Sender T und den Empfänger R bevorzugt. Der Sender T und der Empfänger R können jedoch ebenso gut Wandler aus piezoelektrischer Keramik sein. Tatsächlich kann der Sender T eine beliebige akustische Generatoreinrichtung sein, einschl. Lautsprecher mit beweglicher Membran und Luftdüsen. Der Empfänger R kann jede Art von Mikrophon sein.
Miniatur-Akustikwandler aus PVF&sub2;, die mit Miniaturrohren gekoppelt sind, wie beispielsweise die mit dem Rohr 20 gekoppelten Wandler 36, 38, machen sich sowohl den direkten als auch den umgekehrten piezoelektrischen Effekt zunutze. Ein PVF&sub2;-Sender (elektromechanischer Konverter), wie die Scheibe 36, schickt akustische Energie durch ein Rohr, den Kanal 20. Die akustische Energie wird entweder durch die Rohröffnung, d.h. die Öffnungen 32, übertragen oder zu einem zweiten als Empfänger der akustischen Energie (mechanisch-elektrischer Konverter) verwendeten PVF&sub2;-Wandler, wie die Scheibe 38, reflektiert. Die Änderung des Zustands der Öffnung, z.B. durch Schließen der Öffnung oder Bewegen eines Gegenstandes in seine Nähe, ändert Amplitude und/ oder Phase des vom empfangenden Wandler erzeugten Signals. Wird die elektrische Erregerfrequenz auf die Resonanz eines mechanischen Rohrs abgestimmt, so nimmt die Empfindlichkeit stark zu. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß dann, wenn ein Rohr auf eine offene Resonanz abgestimmt ist, das Schließen der Öffnung die Resonanz beeinträchtigen und die stehende Welle zerstören wird. Ist analog das Rohr auf eine geschlossene Resonanz abgestimmt, so wird das Öffnen der Öffnung die stehende Welle zerstören, wodurch die auf den Empfänger auftreffende akustische Energie verringert wird.
Hinsichtlich weiterer Informationen bezüglich der allgemeinen Funktionsweise akustischer Wandleranordnungen sei auf das US-Patent Nr. 3,694,800 mit dem Titel "Acoustical Gauge" verwiesen, das am 26. September 1972 veröffentlicht wurde. Hinsichtlich weiterer Informationen bezüglich Aufbau und Funktion eines Sender- und Empfängerpaares, wie in Fig. 2 dargestellt, sei auf das US-Patent Nr. 4,494,841 mit dem Titel "Acoustic Transducer for Acoustic Position Sensing Apparatus" verwiesen, das am 22. Januar 1985 veröffentlicht wurde.
Zur Verwirklichung der zu den Wandlern 36, 38 gehörigen Erreger-/Detektorschaltung stehen verschiedene Lösungswege zur Verfügung. Entsprechend einem Lösungsweg wird das akustische Rohr 20 mit einer linearen Kombination aller Resonanzfrequenzen erregt, und die relativen Intensitäten dieser Frequenzen werden analysiert. Insbesondere startet ein Taktimpuls eine Frequenzrampe, und die Empfängeramplitude wird als Funktion der Zeit ab dem Auslösen des Taktimpulses gemessen. Das Zeitintervall für das maximale Signal wird bestimmt, anhand dessen die Öffnung 32 lokalisiert wird, über der die Kante 12 der Materialbahn liegt. Eine Schaltung zur Implementierung dieses Lösungswegs ist in Fig. 3 dargestellt. Der sendende Wandler 36 wird durch einen Funktionsgenerator 54 unter Steuerung eines Taktgebers 56 erregt. Der Ausgangsimpuls des Taktgebers 56 startet die vom Generator 54 bereitgestellte Frequenzrampe, und eine Wellenform 58 (Fig. 4) stellt die vom Generator 54 ausgegebene Frequenzrampe dar. Der Ausgang des Empfängers 38 ist mit dem Eingang einer Verstärker-/Schwellendetektor-Kombination 60 verbunden, die wiederum mit dem Eingang eines Analog-/Digitalwandlers 62 verbunden ist, der digitale Signaleingänge an einen Mikroprozessor 64 liefert.
Das Ausgangssignal des Empfängers 38 ist durch die Wellenformen in Fig. 5 dargestellt. Im einzelnen stellt eine Wellenform 70 den Empfängerausgang dar, wenn drei Öffnungen 32 von der Materialbahn 14 abgedeckt sind, und eine Wellenform 72 stellt den Empfängerausgang dar, wenn vier Öffnungen 32 von der Materialbahn 14 abgedeckt sind. Die Operation basiert auf der Tatsache, daß der Sender 36 und das Rohr 20 auf Resonanz bei geschlossenem Rohr so abgestimmt sind, daß die Resonanzfrequenz der Struktur umso höher wird, je mehr Öffnungen 32 von der Materialbahn 14 abgedeckt sind. Zur näheren Erläuterung werden die Frequenzen für die Resonanz bei geschlossenem Rohr durch die Beziehung
fn = 2n - 1/4 c/L
ausgedrückt, wobei n eine ganze Zahl, c die Schallgeschwindigkeit und L die Länge des akustischen Rohrs ist.
Die Frequenzinformation des Empfängerausgangs wird digitalisiert und an den Mikroprozessor 64 geliefert, der zuvor Informationen hinsichtlich der Resonanzfrequenz der Lage jeder Öffnung erhalten hat, so daß der Mikroprozessor 64 das Frequenzsignal vom Empfänger 38 auf eine bestimmte Lage einer Öffnung abbilden kann, wodurch die Lage der Kante 12 der Materialbahn 14 bestimmt wird.
Bei dem in Fig. 1a und 1b dargestellten Meßfühler 10 ist ein kombinierter Sender/Empfänger 30 an einem Ende des akustischen Rohrs 20 vorgesehen. Wahlweise können getrennte Sender- und Empfängerkomponenten an gegenüberliegenden Enden des akustischen Rohrs vorgesehen werden, wie in Fig. 6 dargestellt, in der Komponenten identisch mit denjenigen von Fig. 1 durch dieselben Bezugszeichen mit zwei Hochkommata gekennzeichnet sind. Ein Sender 76 ist also am linken Ende eines Rohrs 20" angeordnet, wie in Fig. 6 dargestellt, und der Sender 76 kann entsprechend der Anordnung von Fig. 2 eine PVF&sub2;-Scheibe innerhalb eines Gehäuses aufweisen. Analog ist ein Empfänger 78 am rechten Ende des Rohrs 20" vorgesehen, wie in Fig. 6 dargestellt, und der Empfänger 78 kann entsprechend der Anordnung von Fig. 2 eine PVF&sub2;-Scheibe innerhalb eines Gehäuses aufweisen.
Wie zuvor beschrieben, können andere Sender- und Empfängermaterialien verwendet werden. Die im Abstand zueinander angeordneten Sender- und Empfängerkomponenten sind durch elektrische Leitungen (nicht dargestellt) mit einer Erreger-/Detektorschaltung verbunden, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.
Entsprechend einem anderen Lösungsweg für die Erreger-/ Detektorschaltung der Wandler 36, 38 wird ein Stoßimpuls bestehend aus weißem Rauschen durch das akustische Rohr 20 geschickt, und das Rücksignal wird analysiert, indem sein Resonanzfrequnezspektrum anhand seiner Fourier-Transformierten bestimmt wird. Die Fourier-Transformierte prüft das Frequenzspektrum des Rauschstoßes. Mit der Änderung der Position der Bahnkante werden verschiedene Frequenzkomponenten als Funktion der Kantenposition maximiert. Eine Schaltung zur Durchführung der obigen Operationen ist in Fig. 7 dargestellt und weist einen mit 80 gekennzeichneten selbstabstimmenden Oszillator auf, dessen Funktion es ist, das maximale Signal am Empfängerausgang zu finden und die betreffende Frequenz zu bestimmen. Der selbstabstimmende Oszillator liefert bei der Resonanzfrequenz eine Ausgang höherer Spannung. In der Schaltung nach Fig. 7 sind eine Kombination aus Sender und Empfänger 82 ähnlich dem Sender/ Empfänger nach Fig. 1 und ein spannungssenkender Widerstand 84 mit dem selbstabstimmenden Oszillator 80 verbunden. Das über den Widerstand 84 erscheinende Spannungs-/Zeitsignal wird an den Eingang einer Abtast- und Halteschaltung 86 gelegt, die das maximale Signal zur Messung durch eine Verarbeitungsschaltung 90 hält. Aus dem Spannungs-/Zeitsignal erhält man Frequenzinformationen, und durch deren Vergleich mit den Frquenzen der Lage der Öffnungen können die Frequenzinformationen in dem Spannungs-/Zeitsignal auf die Lage der Öffnungen abgebildet werden, wodurch man Informationen hinsichtlich der Lage der Materialkante erhält. Bei bestimmten Ausführungen akustischer Resonanzrohre können mehr als ein lokales Frequenzmaximum zur Bestimmung der Position der Materialbahn erforderlich sein.
Eine Alternative zu den individuellen Öffnungen 32 in Fig. 1a und 1b besteht in der Bereitstellung eines kontinuierlichen, länglichen, schmalen Schlitzes 100 im Körper der Walze 18"', wie in Fig. 8 dargestellt. Der Schlitz 100 steht in Verbindung mit dem akustischen Rohr 20"', das wie im vorigen Ausführungsbeispiel einen dazu gehörigen Sender/ Empfänger 30"' aufweist. Obwohl der Sender/Empfänger 30"' in Fig. 1a zwar an der dargestellten Stelle angeordnet ist, könnte er auch wie in Fig. 1b gezeigt angeordnet sein. Der Schlitz 100"' ist teilweise durch die Materialbahn 14"' abgedeckt, und die Resonanzfrequenz nimmt zu, wenn die effektive Länge des Schlitzes 100 aufgrund der Bewegung der Materialbahn 14"' abnimmt. Zur Bereitstellung von Informationen hinsichtlich der Lage der Kante 12" der Materialbahn werden die gleichen Erreger-/Detektorschaltungen verwendet, und wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel liegt die Nutz- Betriebsfrequenz im Bereich zwischen 10 kHz und 100 kHz.
Fig. 9 zeigt einen akustischen Resonanzrohr-Meßfühler zur Bestimmung der Bahnbreite entsprechend der vorliegenden Erfindung mit nebeneinander in Bewegungsrichtung einer Materialbahn 104 angeordneten ersten und zweiten Bahnkanten- Meßfühlern 101, 102, die funktional entsprechenden Meßfühlern gegenüberliegender Bahnkanten 106, 108 zugeordnet sind. Typischerweise dient der Meßfühler in Fig. 9 zur Erfassung der Breite der Materialbahn 104, wenn diese sich über die Oberfläche der mit 110 gekennzeichneten Walze bewegt, und in dieser Situation sind die Meßfühler 101, 102 in der Walze 110 eingebaut. Wahlweise können die beiden Meßfühler 101, 102 in einem Paar Walzen eingebaut sein, die einander gegenüberliegen und am Walzenspalt miteinander in Berührung stehen.
Insbesondere handelt es sich bei dem Meßfühler 101 um einen akustischen Resonanzrohr-Meßfühler zur Erfassung der Bahnkante ähnlich dem in Fig. ib dargestellten Meßfühler 10', der dazu dient, die Lage einer Bahnkante 106 zu erfassen. Eine Sender-/Empfänger-Einrichtung 112 des Meßfühlers 101 ist so angeordnet, daß ein Hauptanteil der Meßfühleröffnungen 114 zwischen der Bahnkante 106 und dem Sender/Empfänger 112 zu liegen kommt. Dies resultiert mit zunehmender Anzahl der durch die Materialbahn 104 abgedeckten Öffnungen 114, d.h. im Zuge der Bewegung der Bahnkante 106 nach links (Fig. 9) , in einer abnehmenden Resonanzfrequenz. Analog handelt es sich bei dem Meßfühler 102 um einen akustischen Resonanzrohr-Meßfühler zur Erfassung einer Bahnkante, ähnlich dem Meßfühler 10' in Fig. 1b, der zur Erfassung der Lage der Bahnkante 108 dient. Eine Sender-/Empfänger-Einrichtung 118 des Meßfühlers 102 ist so angeordnet, daß ein Hauptanteil der Meßfühleröffnungen 120 zwischen der Bahnkante 108 und dem Sender/Empfänger 118 zu liegen kommt. Dies resultiert mit zunehmender Anzahl der durch die Materialbahn 104 abgedeckten Öffnungen 120, d.h. im Zuge der Bewegung der Bahnkante 108 nach rechts (Fig. 9), in einer abnehmenden Resonanzfrequenz.
Die Lage der beiden Bahnkanten 106, 108 in der obigen Anordnung bestimmt die effektive Breite der Materialbahn. Jeder der Meßfühler 101, 102 wäre mit einer entsprechenden Erreger-/Detektorschaltung versehen, wie diejenige, die in Zusammenhang mit Fig. 3 und 7 dargestellt und beschrieben ist. Ein Beispiel des Meßfühlers zur Erfassung der Bahnbreite nach Fig. 9 ist auf einen Photoprozessor anwendbar.
Das zwei Meßfühler umfassende System dient zur Überwachung der Breite von Bogenmaterial. Ein Film unbekannter Breite wird dem Photoprozessor mit konstanter Geschwindigkeit durch die Meßwalzen zugeführt. Der Film wird in dem Photoprozessor entwickelt. Die Häufigkeit, mit der die photographische Chemikalie nachzufüllen ist, hängt von der Fläche des behandelten Films ab. Die Breite der dem Photoprozessor zugeführten Materialbahn ließe sich als Funktion der Zeit und der wie erforderlich hinzugefügten Chemikalien verfolgen. Der Meßfühler von Fig. 9 zur Erfassung der Bahnbreite wäre in einer der Meßwalzen eingebaut.
In einer weitergeführten Darstellung können mehrere Satz von Resonanzrohrwandlern in einer Walze vorgesehen werden, falls erforderlich, um die Abtastrate zu erhöhen, da das Resonanzrohr nur aktiv ist, wenn die Materialbahn rechtwinklig zu den Öffnungen verläuft. Während außerdem der Meßfühler der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit einer Walze beschrieben worden ist, kann er in einer anderen Materialhandhabungsvorrichtung und in anderen Strukturen verwendet werden, wo es wünschenswert ist, die Lage einer Kante einer ortsfesten oder sich bewegenden Materialbahn zu erfassen.
Es ist deshalb offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung ihre gestellten Aufgaben erfüllt. Es werden ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung, die sich akustischer Energie bedienen, bereitgestellt, die eine relativ geringen Energiebedarf haben und eine hohe Auflösung erzielen. Der Meßfühler hat einen relativ einfachen Aufbau und eine relativ einfache Funktionsweise und läßt sich problemlos an vorhandene Vorrichtungen zur Materialhandhabung und dgl. anpassen.
Die detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dient zur Verdeutlichung und nicht zur Einschränkung.

Claims

1. Meßfühler zum Erfassen mindestens einer Kante eines Werkstücks, beispielsweise eines Bogens, mit einer Einrichtung (T/R) zum Übertragen von Schallenergie und einer Einrichtung (T/R) zum Empfangen von Schallenergie, gekennzeichnet durch mindestens ein akustisches Rohr (20, 32; 20', 32'; 20"', 100) mit einer Öffnung (100) oder Öffnungen (32; 32'), die so angeordnet sind, daß das Werkstück (14; 14'; 14") einen Abschnitt der Öffnung (100) oder mehrere oder wenige der Öffnungen (32; 32') in Abhängigkeit von der Position der Kante bedeckt, wobei das Rohr ein akustisches Signal erzeugt, wenn es Schallenergie empfängt, und wobei das von dem Rohr erzeugte akustische Signal von der Empfangseinrichtung (T/R; R) empfangen wird und Informationen hinsichtlich der Lage der Kante relativ zu der Öffnung (100) oder zu den Öffnungen (32; 32') enthält.

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragene Energie eine Luftsäule in dem Rohr in Resonanz bringt.

3. Meßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen von Schallenergie und die Einrichtung zum Empfangen von Schallenergie kombiniert sind.

4. Meßfühler nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (Fig. 7) zum Abtasten eines Frequenzbereichs des von dem Rohr erzeugten akustischen Signals, um die Lage der Kante zu bestimmen.

5. Meßfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Luftsäule zur Resonanz bringt, eine Einrichtung zum Senden eines weißen Rauschstoßes entlang dem Rohr und eine Signalanalysiereinrichtung umfaßt, um die Resonanzfrequenzen des Rücksignals unter Verwendung von dessen Fourier-Transformierten zu bestimmen.

6. Meßfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Luftsäule zur Resonanz bringt, eine Einrichtung zum Anregen des akustischen Rohrs mit einer linearen Kombination aus allen Resonanzfrequenzen des Rohrs und eine Einrichtung zum Analysieren der relativen Intensitäten der Resonanzfrequenzen umfaßt.

7. Meßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektoreinrichtung zum Erkennen der Frequenzen einen selbstabgestimmten Oszillator enthält.

8. Meßfühler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung eine Reihe im Abstand zueinander angeordneter Löcher umfaßt und das Werkstück mindestens einige der Löcher bedeckt.

9. Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung einen kontinuierlichen Schlitz umfaßt und das Werkstück einen Abschnitt des Schlitzes (100) bedeckt.

10. Meßfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einzelnen Löchern gleich der erforderlichen Querauflösung der Lage der Werkstückkante ist und die Abmessung jedes Lochs in Querrichtung der Hälfte der erforderlichen Querauflösung entspricht.

11. Meßfühler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei akustische Rohre (Fig. 9) zum Erfassen zweier gegenüberliegender Kanten eines Werkstücks (BAHN) vorgesehen sind, so daß die Breite des Werkstücks bestimmt wird.

12. Verfahren zum Erfassen der Kante eines Werkstücks, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Bewirken, daß eine Luftsäule in einem Rohr mit mindestens einer Öffnung oder mit Öffnungen, die so angeordnet sind, daß die Kante des Werkstücks einen Abschnitt der Öffnung oder einen Teil der Öffnungen in Abhängigkeit von der Position des Werkstücks bedeckt, in Resonanz gebracht wird, so daß das resultierende akustische Signal ein Resonanzfrequenzspektrum aufweist, das eine Funktion des Abschnitts der Öffnung oder des Teils der Öffnungen ist, der von dem Werkstück bedeckt wird; und

- Heranziehen des resultierenden akustischen Signals, um Informationen hinsichtlich der Lage der Werkstückkante bereitzustellen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Heranziehens des resultierenden akustischen Signals das Abtasten eines Bereichs von Signalfrequenzen enthält, um die Lage der Werkstückkante zu bestimmen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt, mit dem die Luftsäule in Resonanz gebracht wird, das Senden eines weißen Rauschstoßes entlang dem Rohr umfaßt, wobei der Schritt, in dem das resultierende Signal herangezogen wird, die Analyse des Rücksignals umfaßt, indem dessen Fourier-Transformierte zur Bestimmung des Resonanzfrequenzspektrums des Signals verwendet wird, um die Lage der Werkstückkante zu bestimmen.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt, mit dem die Luftsäule in Resonanz gebracht wird, das Anregen des akustischen Rohrs mit einer linearen Kombination aller Resonanzfrequenzen und der Schritt der Verwendung des resultierenden Signals die Analyse der relativen Intensitäten der Frequenzen umfaßt, um die Lage der Bahnkante zu bestimmen.