DE9308388U1 - Handdensitometer - Google Patents
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- G01N21/59—Transmissivity
- G01N21/5907—Densitometers
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Description
Die Neuerung betrifft ein Handdensitometer, bestehend aus einem quaderförmigen, die
Meß- und Steuerelektronik enthaltenden Gehäuse mit Standfläche und mit einem geradlinig und parallel zur Standfläche im Gehäuse verschiebbar angeordneten
Meßkopf, der mit einer motorischen Verstellmechanik zwischen einer im Gehäuse eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen, durch eine sich in der Ebene der
Standfläche erstreckende Meßblende definierten Meßstellung hin und her beweglich
ist.
Ein derartiges Densitometer ist bspw. nach der EP 0171 360 bekannt, wobei der Meßkopf
in einem motorisch verschiebbar im Gehäuse des Densitometers gelagerten
Meßwagen angeordnet ist. Ein Antriebsmotor für den Meßwagen ist im bzw. am Meßwagen
befestigt und mit diesem mitbeweglich. Zum Antrieb des Meßwagens dient ein vom Antriebsmotor betätigtes Kurbelstangengetriebe oder ein Kulissenantrieb. Der Antrieb
des Meßwagens ist dabei so ausgebildet, daß der Meßkopf auch bei laufendem Antriebsmotor während der Meßdauer praktisch bewegungslos in der Arbeitsposition
stillsteht. Der Meßwagen wird dabei in Richtung der Längsachse des Densitometergehäuses
bewegt, und zwar offenbar deshalb, weil das ziemlich aufwendige Bewegungsgetriebe
eine relativ große Länge beansprucht, d.h., eine Meßkopfbewegung quer zur Längsachse des Gehäuses, wenn dieses nicht breiter als üblich bemessen
werden soll, ist bei diesem Densitometer nicht möglich. Gleiches gilt praktisch auch für
ein bereits 1973 bekanntes Densitometer nach der US-PS 3 734 630, bei dem der Meßkopf über eine wesentlich einfachere und von Hand zu betätigende Verstellmechanik
in Meßstellung verstellt und wieder aus dieser zurückgestellt werden kann.
Eine Verstellung des Meßkopfes quer zur Längsachse des Densitometergehäuses ist
aber aus Gründen der bequemeren Handhabung des ganzen Densitometers beim Aufsetzen
des Suchers auf ein Meßfeld des Druckkontrollstreifens wünschenswert, weil hierbei der Sucher und der Meßkopf auf der dem Bediener zugewandten Seite des
Densitometers angeordnet sind. Die seitliche Anordnung des Suchers erleichtert die
Positionierung der Meßblende in den Meßfeldern insbesondere auch, wenn Druckkontrollstreifen
am oberen Rand des Druckbogens gemessen werden müssen und das Densitometer im größeren Abstand vom Bediener gehalten und positioniert werden
muß.
Gemäß dieser Neuerung und der zugrundeliegenden Aufgabe soll die seitliche
Anordnung von Sucher und Meßkopf mit einem motorischen Verstellantrieb möglichst einfacher und raumsparender Art erzielt werden, der es auch ermöglicht,
relativ aufwendige Kulissen- oder Schwingenführungen, wie sie beim Gerät nach der
EP 0 171 360 zwecks Stillstandes des Meßkopfes bei weiterlaufendem Motor erforderlich sind, außer Betracht lassen zu können.
Darüber hinaus soll es möglich sein, den Meßkopf auch für eine längere Dauer in der
Meßposition verharren zu lassen, als es mit einem durchlaufenden Motor und einer
entsprechend geformten Kulisse erreichbar ist. Eine längere Meßdauer ist z.B. erwünscht,
wenn niedrige Remissionswerte mit hoher Genauigkeit gemessen werden müssen, was man vorteilhaft durch eine zeitliche Integration des remittierten Lichts
ausführt. Hierbei wird der vom remittierten Licht in den Photoelementen erzeugte Strom
für eine längere Meßdauer als elektrische Ladung in einem Kondensator gesammelt und als Meßsignal ausgewertet. Dabei wird meist derart verfahren, daß der Meßvorgang
nach Erreichen einer bestimmten Ladung des Kondensators automatisch beendet wird. Die für den Ladungsvorgang benötigte Meßdauer ist ein Maß für die Stärke
des remittierten Lichts. Die Verweildauer des Meßkopfs in der Meßposition soll deshalb
von der Steuerelektronik des Densitometers an die Verhältnisse jeder Messung automatisch angepaßt und eventuell auch verkürzt werden können, was mit einem
durchlaufenden Motor nicht möglich ist.
Schließlich soll es möglich sein, die Messung genau dann beginnen zu lassen, wenn
der Meßkopf seine Meßposition erreicht hat. Der Antrieb soll deshalb derart ausgebildet
sein, daß er ein geeignetes Signal an die Steuerelektonik abgibt, mit dem die Messung gestartet wird. Außerdem sollen mit dem Start der Messung der Motor und
der Antrieb zum vollständigen Stillstand kommen, um Schwingungen zu vermeiden, die
auf den Meßkopf einwirken könnten.
Diese Aufgabenstellung ist mit einem Densitometer der gattungsgemäßen Art nach der
Neuerung dadurch gelöst, daß der Meßkopf mit einem an ihm angeordneten Führungsausleger
zur Längsachse des Gehäuses quer verschieblich gelagert und im Gehäuse auf dessen Boden ein mit der Steuerelektronik verbundener Umkehrmotor mit
seiner Welle parallel zur Längsachse angeordnet ist, wobei an der Welle des Umkehrmotors ein direkt mit dem Meßkopf gekoppelter, zwischen zwei Endstellungen
begrenzt beweglicher Kurbeltrieb angeordnet und der Verstellantrieb des Meßkopfes
mit Elementen zur Erzeugung von Endstellungsimpulsen ausgestattet ist.
Der innere Aufbau des Meßkopfes entspricht z.B. der in DE 34 21 577 C2
beschriebenen Ausführung und bedarf keiner näheren Erläuterung.
Bei dem Kurbeltrieb handelt es sich um einen solchen einfachster Art, d.h., die Kurbelstange
(Pleuel) ist direkt am Meßkopf und mit dem anderen Ende an der Kurbel angelenkt,
die auf der Welle des fest im Gehäuse eingebauten Antriebsmotors sitzt. Da der
Motor ein kleiner mit Gleichstrom angetriebener Umkehrmotor ist, kann seine Drehrichtung
durch einfaches Umpolen der elektrischen Spannung geändert werden. Durch die raumsparende Anordnung des Motors mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse
des Gehäuses und quer zur Bewegungsrichtung des Meßkopfes muß der Motor für die
Hin- und Herbewegung des Meßkopfes jeweils maximal eine halbe Umdrehung ausführen.
Für derartig kleine Bewegungen werden vorteilhaft Getriebemotore eingesetzt, die
die Antriebsdrehzahl reduzieren und als einbaufertige Einheiten im Handel sind. Die
maximale halbe Umdrehung des Antriebs ist auzuführen, wenn die aktive Länge der Kurbel die Hälfte der Distanz beträgt, die der Meßkopf bei der Hin- oder Herbewegung
zurücklegt. Hierbei kommt ein charakteristischer Vorteil des einfachen Kurbeltriebs zum
Tragen, der darin besteht, daß in der Nähe der Endpositionen der Meßkopf verzögert
bewegt wird. Zum Anfang und gegen Ende seiner Bewegung wird deshalb der Meßkopf nicht stoßartig sondern allmählich bewegt. Aufgrund dieses
Bewegungsablaufs ist es möglich, die beiden Endpositionen durch Anschläge zu bestimmen, die im Gehäuse fest angeordnet sind und den Weg der Kurbel in den
Endpositionen sehr genau begrenzen. In Verbindung mit den fest angeordneten
Anschlägen, kann auf besonders einfache Weise ein elektrisches Signal gewonnen werden, an dem die Steuerelektronik das Erreichen der Endpositionen erkennt. Das
Signal besteht in dem Anstieg des Motorstroms, der unweigerlich eintritt, wenn einer
der Anschläge erreicht wird, wobei aus der Drehrichtung bzw. der Polarität der Motorspannung hervorgeht, welcher der zwei Anschläge erreicht worden ist. Mit dem
Signal kann die Steuerelektronik des Densitometers nach Erreichen eines der
Anschläge den Motorstrom ausschalten und sofern damit auch die Meßposition erreicht
wurde, die Messung starten. Anstatt den Motorstrom in der Meßpostion völlig abzuschalten, ist es vorteilhaft, den Motorstrom nur soweit zu reduzieren, daß ein
Haltemoment aufrechterhalten wird, das den Meßkopf oder die Kurbel gegen den Anschlag hält und so die Meßposition während der Messung exakt eingehalten wird.
Die Verwendung eines Umkehrmotors macht nicht nur aufwendige Kulissen- oder
Schwingenmechanismen entbehrlich, sondern vermeidet außerdem, daß Motor und Antriebssystem während der Messung weiterlaufen und davon ausgehende
Schwingungen auf den Meßkopf übertragen werden können.
Der Bewegungsablauf und die Endpositionen des Meßkopfes können weiterhin mit einem
Impulsgeber kontrolliert werden, der mit dem Motor oder dem Getriebemotor eine einbaufertige.handelsübliche Einheit bildet. Der Bewegungsablauf kann von der
Steuerelektronik des Geräts über die Impulsrate - das ist die Anzahl der Impulse pro
Zeiteinheit - gesteuert werden. Hierdurch sind praktisch beliebige Bewegungsabläufe
realisierbar. Die Endposition wird anhand der Anzahl der Impulse erkannt, die zwischen
den beiden Endpositionen einen festen Wert hat. Beim Einsatz eines Impulsgebers kann grundsätzlich auf feste Anschläge verzichtet werden. Es ist aber auch die
Kombination des Impulsgebers mit einem oder zwei festen Anschlägen möglich, die dank des steuerbaren Bewegungsablaufs besonders stoßfrei angefahren werden können.
Beim Erreichen eines der Anschläge wird die Impulsrate null. Damit steht für die
Steuerelektronik neben dem Anstieg des Motorstroms und der Anzahl der Impulse ein
weiteres Signal zur Verfügung, mit dem das Erreichen einer Endposition erkannt wird.
Der gegenüber den bloßen Anschlägen höhere Aufwand eines Impulsgebers wird durch den Vorteil aufgewogen, daß programmierte Bewegungsabläufe möglich sind,
die durch Änderung der Gerätesoftware an verschiedene Meßaufgaben angepaßt
werden können.
Eine weitere Möglichkeit die Endpositionen zu bestimmen, besteht darin, den Meßkopf
oder die Kurbel durch Endschalter oder durch Lichtschranken zu begrenzen. Auch hier
ist die Kombination mit einem oder zwei festen Anschlägen möglich.
Das Verweilen des Meßkopfes in der Meßposition, d.h. über der Blendenöffnung des
Suchers wird über die im Gerätegehäuse mit enthaltende Steuerelektronik bewirkt. Sie
bewirkt außerdem, daß nach Abschluß der Messung der Meßkopf automatisch zurückgestellt wird. Für die Messung bzw. die Folgemessungen ist jeweils nur der
Umkehrmotor mittels eines Druckknopfschalters am Gerätegehäuse in Gang zu setzen.
Die neuartige Verwendung und Anordnung eines Umkehrmotors in Verbindung mit einem
Kurbeltrieb einfachster und bekannter Art ist zwar einerseits insbesondere wegen
seiner geringen Raumanforderung für eine Verschiebung des Meßkopfes quer zur Längsachse des Densitometergehäuses vorgesehen und konzipiert, andererseits steht
natürlich nichts entgegen, diese neuartige Ausbildung auch dann zur Anwendung zu
bringen, wenn der Meßkopf an der wesentlich schmaleren Stirnseite dieses Densitometergehäuses
angeordnet ist und dort ein- und ausgefahren werden soll.
Das neuartige Handdensitometer wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung
von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 perspektivisch das Densitometergehäuse mit quer zu dessen Längsachse
herausfahrbarem Meßkopf;
herausfahrbarem Meßkopf;
Fig. 2 einen Schnitt durch das Gehäuse längs der Linie I -1 in Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verstellantriebs mit festen Anschlägen
und der Steuerelektronik;
und der Steuerelektronik;
Fig. 4 eine schematische Darstelllung des Verstellantriebs mit Endschaltern und
der Steuerelektronik und
der Steuerelektronik und
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Verstellantriebs mit Impulsgeber und
der Steuerelektronik.
der Steuerelektronik.
Das Densitometer besteht aus einem quaderförmigen Gehäuse 1 mit Standfläche 2
und mit einem geradlinig und parallel zur Standfläche 2 im Gehäuse 1 verschiebbar angeordneten
Meßkopf 3, der mit einer motorischen Verstellmechanik zwischen einer im Gehäuse 1 eingefahrenen Stellung und einer ausgefahreren, durch eine sich in der
Ebene der Standfläche 2 erstreckende Meßblende 4 definierten Meßstellung hin und
her beweglich ist. Dargestellt ist in Fig. 1 das Densitometer mit eingezogenem Meßkopf
3 , wobei die Sucheröffnung 4' in der Blende 4 freiliegt.
Unter Bezug auf Fig. 2 ist für dieses Densitometer wesentlich, daß der Meßkopf 3 mit
einem an ihm angeordneten Führungsausleger 5 auf der Führungsschiene 5' zur
Längsachse 6 des Gehäuses 1 quer verschiebbar ist, und auf der Bodenplatte 7 ein
mit der Schaltelektronik 21, 24, 26 (siehe Fig. 3-5) verbundener Umkehrmotor 8 mit
seiner Welle 9 parallel zur Längsachse 6 des Gehäuses 1 angeordnet ist, wobei an der
Welle 9 des Umkehrmotors 8 ein direkt mit dem Meßkopf 3 gekoppelter, zwischen Endstellungen begrenzt beweglicher Kurbeltrieb 11 angeordnet und der aus
Umkehrmotor 8 und Kurbeltrieb 11 gebildete Verstellantrieb des Meßkopfes 3 mit
Endstellungsimpulsgebern ausgestattet ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht der Kurbeltrieb 11 aus dem Kurbelarm 11'
und der am Meßkopf 3 direkt angelenkten Kurbelstange 12. Um die Meßkopföffnung 3'
über die Sucheröffnung 4' der Blende 4 zu verstellen, muß der Meßkopf aus der
eingefahrenen Position einen Weg zurücklegen, der von der aktiven Länge der Kurbel
11 'und dem Drehwinkel des Umkehrmotors 8 abhängt, wobei der Drehwinkel durch die
Höhe von Anschlägen 10 bestimmt wird. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, nimmt der Verstellantrieb weniger als zwei Drittel der Breite B des Gehäuses 1 ein. Der
Umkehrmotor 8 ist in einem Block 13 gehalten, der mit der Bodenplatte 7 fest verschraubt ist und der außerdem die Führungsschiene 51 trägt, auf der der
Führungsausleger 5 quer zur Längsachse 6 des Gehäuses 1 gleitet.
An dieser vorteilhaften Anordnung ändert sich auch nichts, wenn, was auch möglich ist,
der Meßkopf 3 beispielsweise an der schmalen Stirnfläche 14 des Gehäuses 1 (siehe
Fig. 1) ein- und ausgefahren werden soll, wobei dann die Stirnfläche 14 mit einer entsprechenden
Ein- und Ausfahröffnung 15 für den Meßkopf versehen sein muß. Handhabungsbequemer
ist dabei für das ganze Gerät die Ein- und Ausfahrbarkeit des Meßkopfes in Querrichtung, wie in Fig. 1 dargestellt.
Anstelle der Anschläge 10 oder in Verbindung mit ihnen können Endschalter oder
Lichtschranken angebracht werden, die vom Kurbelarm 11' bei Erreichen der beiden
Endstellungen des Meßkopfes 3 betätigt werden. Weiter kann die Position des Kurbelarmes 11' und dessen Bewegungsablauf durch einen Impulsgeber kontrolliert werden,
der mit dem Umkehrmotor 8 oder dem Umkehrgetriebemotor eine Einheit bildet.
Fig. 3 zeigt schematisch den mit der Steuerelektronik 16 verbundenen Verstellantrieb
mit den festen Anschlägen 10, die gemeinsam mit dem Umkehrmotor 8 und dem Halteklotz 13 auf der Bodenplatte 7 angeordnet sind. Die Kurbel 11 ist einmal während
der Bewegung (strichliert) und einmal auf einem der Anschläge 10 ruhend dargestellt.
Mit 20 ist die gesamte Meß- und Steuerelektronik des Gerätes bezeichnet, deren wesentliche Teile die Steuerelektronik 16, die Meßelektronik 17, das Tastenfeld 18 und
die Anzeige 19 sind. Mit 21 ist eine elektronische Schaltung für die Kontrolle des
Motorstroms bezeichnet, die den Anstieg des Motorstroms beim Erreichen des Anschlags 10 durch den Kurbelarm 11' erkennt und den Motorstrom unterbricht oder
soweit reduziert, daß der Kurbelarm 11' auf dem Anschlag gehalten wird.
Fig. 4 zeigt ebenfalls schematisch den Verstellantrieb, dessen Wegbegrenzung
entweder durch Druckschalter 23 oder durch Lichtschranken 22 erfolgt. Derartige Druckschalter und Lichtschranken sind handelsübliche Erzeugnisse. Im Fall der
Lichtschranke taucht der Kurbelarm 11' in den Spalt der Lichtschranke ein und verursacht so den Schaltvorgang. Mit 24 ist eine elektronische Schaltung bezeichnet,
die die Schaltvorgänge der Druckschalter oder Lichtschranken überwacht und den Motorstrom beim Erreichen der Endposition abschaltet oder auf ein Haltemoment
reduziert, wenn die Druckschalter oder Lichtschranken derart ausgeführt sind, daß sie
neben der Schaltfunktion auch die Funktion eines Anschlags übernehmen können.
Fig. 5 zeigt schematisch den mit einem Impulsgeber 25 ausgerüsteten Verstellantrieb.
Der Impulsgeber 25 ist an den Umkehrmotor 8 angeflanscht und als einbaufertige Einheit im Handel erhältlich. Mit 26 ist eine elektronische Schaltung bezeichnet, die die
Impulse zählt, die bei der Bewegung des Meßkopfes von der einen Endposition in die
andere vom Impulsgeber 25 abgegeben werden. Außerdem kann die Schaltung 26 die Impulsrate, d.h. die pro Zeiteinheit anfallenden Impulse feststellen. Mit den beiden
Größen Impulsrate und Impulsanzahl kann die Schaltung 26 den Motorstrom in der
Weise regulieren, daß der Verstellantrieb einen programmierten Bewegungsablauf ausführt und den Motorstrom nach Erreichen einer Grenzposition ausschaltet oder auf
ein Haltemoment reduziert, wenn der Verstellantrieb zusätzlich mit einem oder zwei
Anschlägen 10 (strichliert) ausgerüstet ist.
Beim Verstellantrieb nach Fig. 3 und 4 wird die Drehrichtung des Kurbelarmes 1&Ggr;
durch die Polarität der Motorspannung erkannt. Auf diese Weise erkennt die Steuerelektronik,
ob augenblicklich die Meßpostion oder die Ruheposition angefahren wird. Die handelsüblichen Impulsgeber sind meistens derart ausgebildet, daß sie auch die
Drehrichtung erkennen und als Information an die Steuerelektronik geben können. Im
Fall des Verstellantriebes nach Fig. 5 stehen damit für die Erkennung der Drehrichtung
zwei Größen zur Auswahl, nämlich die Polarität der Motorspannung und die Information des Impulsgebers.
Claims (1)
- (16 977) HanddensitometerSchutzansprüche1. Densitometer, bestehend aus einem quaderförmigen, die Meß-und Steuerelektronik (20) enthaltenden, Gehäuse (1) mit Standfläche (2) und mit einem geradlinig und parallel zur Standfläche (2) im Gehäuse (1) verschiebbar angeordneten Meßkopf (3), der mit einer motorischen Verstellmechanik zwischen einer im Gehäuse (1) eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen, durch eine sich in der Ebene der Standfläche (2) erstreckende Meßblende (4) definierten Meßstellung hin und her beweglich ist,dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßkopf (3) mit einem an ihm angeordneten Führungsausleger (5) zur Längsachse (6) des Gehäuses (1) quer verschieblich gelagert und im Gehäuse (1) auf dessen Boden (7) ein mit der Steuerelektronik (16) verbundener Umkehrmotor (8) mit seiner Welle (9) parallel zur Längsachse (6) des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei an der Welle (9) des Umkehrmotors (8) ein direkt mit dem Meßkopf (3) gekoppelter, zwischen Endstellungen begrenzt beweglicher Kurbeltrieb (11) angeordnet ist und der aus Umkehrmotor (8) und Kurbeltrieb (11) gebildete Verstellantrieb des Meßkopfes (3) mit Elementen zur Erzeugung von Endstellungsimpulsen ausgestattet ist.2. Densitometer nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,
daß der Umkehrmotor (8) mit dem Kurbeltrieb (11), Führungsschiene (5'), Führungsausleger (5) und der Meßkopf (3) als einbaufertiger Block ausgebildet und dem Gehäuse (1) zugeordnet sind.3. Densitometer nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet,
daß die Elemente zur Erzeugung von Endstellungsimpulsen als auf dem Boden (7) im Schwenkbereich des Kurbelarmes (11') angeordnete Anschläge (10) ausgebildet sind und zwischen Umkehrmotor (8) und Steuerelektronik (16) eine Motorstromkontrollelektronik (21) angeordnet ist.4. Densitometer nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet,
daß die Elemente zur Erzeugung von Endstellungsimpulsen als auf dem Boden (7) im Schwenkbereich des Kurbelarmes (11') angeordnete Druckschalter (23) ausgebildet und diese über eine Schaltwächterelektronik (24) mit der Steuerelektronik (16) verbunden sind.5. Densitometer nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet,
daß die Elemente zur Erzeugung von Endstellungsimpulsen als auf dem Boden (7) im Schwenkbereich des Kurbelarmes (11') angeordnete Lichtschranken (22) ausgebildet und diese über eine Schaltwächterelektronik (24) mit der Steuerelektronik (16) verbunden sind.5. Densitometer nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Umkehrmotor (8) mit einem angeflanschten Impulsgeber (25) als Element zur Erzeugung von Impulsraten und Endstellungsimpulsen versehen und dieser über eine Impulszählerelektronik (26) mit der Steuerelektronik (16) verbunden ist.7. Densitometer nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Boden (7) im Schwenkbereich des Kurbelarmes (11') Anschläge (10) angeordnet sind.
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