DE2247161B2 - Verfahren zur Breitenbestimmung eines streifenförmigen Körpers - Google Patents
Verfahren zur Breitenbestimmung eines streifenförmigen KörpersInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem bekannten Verfahren zur Ermittlung der Breite eines streifenförmigen
Körpers (US-PS 22 37 811). Bei diesem bekannten Verfahren wird die Breite eines streifenförmigen
Körpers durch die von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen ermittelt, in deren Strahlengängen die
beiden Seitenkanten des für die Strahlung undurchlässigen streifenförmigen Körpers liegen. Die Lichtquelle
bewirkt die Aussendung von Lichtstrahlen gleichbleibender Intensität, die von Strahlungen der Lichtquellen,
die in der Umgebung der Meßeinrichtung vorhanden sind, nicht mit ausreichender Deutlichkeit unterschiidbar
sind. Die Meßgenauigkeit des Verfahrens v/ird dadurch herabgesetzt. Es besteht ferner der Nachteil,
daß sich bei der Verstärkung der konstanten Meßsignale Ungenauigkeiten ergeben.
Es sind ferner Meßeinrichtungen für die berührungslose Längenmessung an selbstleuchtenden Gegenständen
bekannt (DE-OS 14 23 565,19 49 492), bei denen die Längenmessung mit Hilfe einer über das Meßobjekt
bewegten Lochblende durchgeführt wird. Die vom Meßobjekt ausgehende Lichtstrahlung wird dabei nach
einer impulsförmigen Zerlegung einer Photodiode zugeführt, von welcher Impulse zu einem Zähler
übertragen werden. Der in einer Zeiteinheit erreichte
ίο Zählbetrag bewirkt die Anzeige der Längenmessung.
Auch bei diesen bekannten Einrichtunger, ergeber, sich
Meßungenauigkeiten, die durch eine gleichbleibende Intensität der bei der Messung verwendeten Lichtquelle
verursacht werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung der Breite eines streifenförmigen
Körpers mit Hilfe von Strahlungsquellen und zugeordneten Strahlungsempfängern anzugeben, das
eine gegenüber den bekannten Verfahren erheblich größere Genauigkeit besitzt, wobei Einflüsse von
Störstrahlungen der Umgebung oder Intensitätsänderungen der von den Strahlungsquellen ausgehenden
Strahlung ausgeschaltet werden sollen.
Die genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Ermittlung der Breite eines streifenförmigen Körpers
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die in dessen Kennzeichen angeführten Merkmale gelöst.
Durch das Verfahren besteht die Möglichkeit, die durch das Meßobjekt beeinflußte Strahlung zu verglei-
iü chen mit der Strahlung, die durch das Meßobjekt nicht beeinflußt wird. Die Einflüsse von Störstrahlungcn
werden dadurch vermieden. Als Strahlungsquelle wird vorteilhaft eine lichtemittierende Diode verwendet, die
eine Strahlung mit einer Frequenz aussendet, die
)5 erheblich höher ist als die Frequenz der elektrischen Versorgungsspannung von 50 Hz. Breitenänderungen
des Meßobjekts werden dadurch ermittelt, daß die Spitzenwerte in jedem Zyklus der Ausgangssignalt; der
Strahlungsempfänger erfaßt werden, oder daß zuerst
■><> eine Gleichrichtung dieser Ausgangssignale erfolgt und
dann die gleichgerichteten Signale erfaßt werden. In dieser Weise ergeben sich periodische, amplitudenmodulierte
Signale, die durch Wechselstromverstärker übertragbar bzw. auswertbar sind.
Die Erfindung wird anhand von Ausführuügsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt
Fig. I eine Einrichtung zur Ermittlung der Breite
eines streifenförmigen Gegenstandes,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schal-
r><> tungsanordnung zur Auswertung von Signalen, die von
den in F i g. 1 gezeigten Strahlungsempfängern erzeugt werden, und
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung
zur Auswertung der von den Strahlungsempfängern in F i g. 1 erzeugten Signale.
Der streifenförmige Körper in Fig. 1 wird durch ein
Magnetband 10 dargestellt. Dieses bewegt sich in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung von links
nach rechts. Die Breite des Magnetbandes wird durch
M) die an jeder Kante dieses Bandes angeordnete
Kombination einer lichtemittierenden Diode und einer Photodiode ermittelt. Die lichtemiltierendcn Dioden 12
und 14 beleuchten jeweils eine Kante des Magnetbandes 10 und werden von einem Wechselstromsignal ange-
h5 regt, das über Verstärker 17 und 18 sowie ein
Potentiometer 20 von einem Oszillator 16 geliefert wird. Durch das Potentiometer 20 kann eine Einstellung des
Verhältnisses der von den beiden Dioden 12 und 14
ausgehenden Strahlungsintensitäten erfolgen. Die Photodioden 22 und 24 liegen auf der anderen Seite des
Magnetbandes 10 den lichtemiltierenden Dioden 12 und 14 gegenüber. Die Diode 12 und ihre zugeordnete
Photodiode 22 sind in bezug auf das Magnetband 10 so angeordnet, das bei normaler Randlage und bei
gewünschter Bandbreite etwa die Häifie der von der Diode 12 ausgehenden Strahlung durch das für diese
Strahlung undurchlässige Band blockiert wird, d. h. nicht zur Photodiode 22 gelangt. Die Photodioden 22 und 24
besitzen eine rechteckige Form. Die die Strah'ung aufnehmende Fläche ist etwa 2,5 χ 5 mm groß. Die
längere Seite dieser Photodioden verläuft parallel zu den Kanten des Magnetbandes 10. Die Photodioden
können selbstverständlich auch jede andere Form aufweisen. Sie können beispielsweise kreisförmig oder
elliptisch ausgebildet sein. Auch für die Größe der strahlungsempfindlichen Fläche kann jeder andere
gewünschte Wert gewählt werden.
Die von den Photodioden 22, 24 abgegebenen Wechselstromsignale besitzen die gleiche F.equenz wie
die von den lichtemitlierenden Dioden 12, 14 ausgesandte
Strahlung. Die Signale werden zu einer Auswerteschaltung 26 geleitet, die an Hand der Fi g. 2
und 3 noch näher beschrieben wird.
In Fig. 1 sind weiterhin Photodioden 32 und 34 dargestellt, die ebenfalls jeweils einer der lichtemittierenden
Dioden 12 und 14 zugeordnet sind. Die von den Photodioden 32 und 34 erzeugten Bezug signale
werden mit den Ausgangssignalen der Photodioden 22 «1 und 24 verglichen, um Einflüsse von Störstrahlungen
oder Intensitätsänderungen der von den Dioden 12 und 14 ausgehenden Strahlung auszuschalten.
Auf den lichtemittierenden Dioden 12 und 14 sind auf der den Dioden 22 und 24 zugewandten Seite Linsen y>
angeordnet. Durch diese Linsen wird der größte Teil der emittierten Strahlung auf die zugeordneten Photodioden
22 und 24gelichtet. Die Photodiudcn 32 und 34 sind
ebenfalls so angeordnet, daß sie einen Teil der von den
Dioden 12 und 14 ausgehenden Strahlung empfangen können. Die Ausgangssignale dieser beiden Photodioden
werden ebenfalls der Auswerteschaltiing 26 zugeführt.
in der Schaltung nach I" ig. 2 werden die von den Photodioden 22 und 24 bzw. 32 und 34 erzeugten
Wechselstromsignalc über Wechselstromkopplungen der Auswerteschaltung zugeleitet. Sie werden dort
gleichgerichtet und ergeben einen Gleichstrompegel mit Veränderungen mit niedriger Frequenz, die den
Breitenändcrungen des Magnetbandes 10 entsprechen. ->o
Die Ausgänge der Photodioden 22 und 24 sind im Punkt 50 und die der Pholodioden 32 und 34 im Punkt 52
zusammengefaßt. Das am Punkt 50 auftretende Signal wird im folgenden auch als Breitensignal und das am
Punkt 52 auftretende Signal als Bezugssignal bezeich- « net.
Das Breitensignal und das Bezugssignal werden über Wechselstromkopplungen Verstärkern 54 und 56
zugeführt. Die Kopplungen werden durch Kondensatoren 58 und 60 bewirkt, die jede Gleichstromverschie- t>o
bung unterdrücken. Diese Verschiebungen können sowohl in den Licht emittierenden Dioden als auch in
den Photodioden auftreten. Die an den Widerständen 62 und 64 abfallenden Spannungen stellen die Eingangssignale
für die Verstärker 54 und 56 dar. Der Widerstand t>s
64 ist weiterhin als Potentiometer ausgebildet, so daß hierdurch beim Eichen der dargestellten Anordnung das
Breitensignal und das Bezugssignal aufeinander abgestimmt werden körnen. Auf diese Weise kann der
Einfluß von unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der einzelnen Schaltungselemente eliminiert werden.
Diese Unterschiede sind jedoch vernachlässigbar gering, wenn die dargestellte Anordnung in integrierter
Schaltungstechnik hergestellt ist.
Das vom Verstärker 54 weitergegebene Bezugssignal wird von einer Diode 66 in Verbindung mit einem
Kondensator 68 gleichgerichtet. Ebenso wird das über den Verstärker 56 geführte Breitensignal von einer
Diode 70 in Verbindung mit einem Kondensator 72 gleichgerichtet. Ein nachgeschalteter Differenzverstärker
74 vergleicht das Bezugssignal mit dem Breitensignal. Am Ausgang dieses Verstärkers tritt ein
niederfrequentes Signal oder ein Gleichstromsignal auf. dessen Schwankungen von den Breitenänderungen des
Magnetbandes 10 abhängig sind.
r>as am Ausgang des Differenzverstärkers 74 auftretende Signal kann dazu verwendet werden, über
einen Toleranzbereich hinausgehende Breitenschwankungen des Magnetbandes 10 festzustellen. Dieses
Signal wird dazu in einer Vergleichsschaltung 76 mit einem Gleichspannungs-Schwellwertsigna! verglichen.
Immer dann, wenn das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 74 den eingestellten Schwellwert überschreitet,
erzeugt die Vergleichsschaltung 76 cm Ausgangssignal, das auf eine Breitenänderung des
Magnetbandes 10 über einen tolerierbaren Wert hinaus hinweist.
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 74 kann auch für eine Aufzeichnung oder eine sonstige Anzeige
verwendet werden, um einen Überblick über den Verlauf der Breite des Bandes 10 zu erhalten, wenn
dieses durch die gezeigte Meßeinrichtung lauft. Das Ausgangssignal des Verstärkers 74 kann beispielsweise
direkt einem Streifenblattschreiber zugeführt werden.
Wenn die Anordnung in Fig. 1 eine Auswerteschaltung
enthält, die der in F i g. 2 gezeigten Schaltung entspricht, dann werden die vom Oszillator 16
gespeisten lichtemittierenden Dioden 12 und 14 vorzugsweise mit einer Frequenz von 20 KHz betrieben.
Die Verstärker 17 und 18 in F i g. 1 sowie 54 und 56 in Fig. 2 lassen daher nur Frequenzen in einem engen
Bereich um 20 KHz passieren. Sie bilden damit einen Bandpaß, der die Breitensignale und die Bezugssignale
durchläßt, jedoch nicht die Signale, die durch die umgebende Strahlung erzeugt werden und die in der
Regel eine Frequenz von 50 Hz besitzen. Da der Verstärker 74 die gleichgerichteten Signale zugeführt
werden, besitzt dieser einen Durchlaßbereich von 0 bis etwa 1 KHz.
Zum Eichen der dargestellten Einrichtung wird zuerst ein Probestück mit der gewünschten Bandbreite in der
Normallage zwischen den lichteir.ittierenden Dioden und den Photodioden angeordnet. Es wird dann das
Potentiometer 64 in F ig. 2 so eingestellt, daß am Ausgang des Differenzverstärkers 74 ein Signal auftritt.
das der Nullbedingung entspricht. Das Probestück wird dann seitlich in verschiedene Stellungen verschoben und
das Potentiometer 20 so eingestellt, daß eine seitliche Verschiebung des Probestückes keine Änderung des
Ausgangssignales des Differenzverstärkers 74 bewirk;. Die Regulierung am Potentiometer 20 kann eine
Änderung des bereits mit dem Potentiometer 64 eingestellten Wertes des Ausgangssignales des Verstärkers
74 zur Folge haben. Hs ist dann eine Nachstellung des Potentiometers 64 erforderlich, bis die gewünschte
Nullbedingung wieder erreicht ist.
Die beschriebene Einstellung dient zur Justierung der Einrichtung für die gewünschte Bandbreite. Um die
Eichung zu vervollständigen, werden Probestücke mit verschiedener Breite zwischen die Licht emittierenden
Dioden und die gegenüberliegenden Photodioden gebracht, wobei für jedes Probestück das Ausgangssignal
des Verstärkers 74 erlaßt wird. Die Verwendung von drei oder vier zusätzlichen Probestücken mit
verschiedener Breite ist ausreichend, da sich das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 74 linear mit
der Breite des Bandes ändert.
Es wurde bereits erwähnt, daß eine seitliche Auslenkung des Magnetbandes IO keinen Einfluß auf die
Ermittlung der Bandbreite besitzt, da die Ausgangssignale der Photodioden 22 und 24 summiert werden. Eine
seitliche Auslenkung bewirkt eine Schwächung des Ausgangssignales der einen Photodiode und eine
entsprechende Stärkung des Ausgangssignales der anderen Photodiode. Die Summe der beiden Ausgangssignale
bleibt somit unabhängig von der Lage des Magnetbandes bei gleichbleibender Breite konstant.
Mit der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Einrichtung lassen sich Breitenänderungen von 25 μπι ohne weiteres
erkennen. Die Gesamtbreite des streifenförmigen Gegenstandes ist dabei ohne Bedeutung. Die Ansprechempfindlichkeit
der Einrichtung auf schnelle Breitenänderungen kann in hohem Maße durch die Größe der
strahlungsempfindlichen Fläche der Photodioden 22 und 24 beeinflußt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sollen die Photodioden eine Kantenlänge des Bandes 10 von 5 mm erfassen, wobei die
Geschwindigkeit des Bandes 2,5 m/sec betragen soll. Hieraus ergibt sich, daß das durch Breitenänderungen
des Bandes erhaltene Signal eine maximale Frequenz von 500 Hz besitzt.
Da die Breite der Photodioden 22 und 24 in Richtung zur normalen der Bandkante 2,5 mm beträgt, bewirkt
eine Breitenänderung des Bandes 10 von 25 μίτι eine
Änderung des Ausgangssignales der Photodioden um 1%. Diese Meßempfindlichkeit wird jedoch noch
erheblich gesteigert durch die Differenzbildung zwischen dem Bezugssignal und dem Breitensignal.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Auswerteschaltung zeigt die F i g. 3. In dieser Figur sine
diejenigen Teile, die solchen in den F i g. 1 oder I
entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie diese versehen.
"> In der in F i g. 3 dargestellten Schaltungsanordnung
werden das Breitensignal am Punkt 50 und da: Bezugssignal am Punkt 52 einem Differenzverstärker 8(
direkt ohne Gleichrichtung zugeführt. Das Breitensigna am Punkt 50 wird dem einen Eingang des Diffcrenzver
stärkers 80 über eine Wechselstromkopplung aus einen Kondensator 60 und einem Widerstand 82 zugeleitet
Das Bezugssignal am Punkt 52 gelangt über ein« Wechselstromkopplung aus dem Kondensator 58 unc
einem Potentiometer 84 sowie über einen Phasenaus gleichskreis 86 zum anderen Eingang des Dilferenzver
stärkers 80.
Der Differenzverstärker 80 verstärkt die Differen; zwischen den an seinen beiden Eingängen iiegender
Wechselstromsignalen. Es ist daher für eine genau« Ermittlung der Bandbreite unbedingt erforderlich, dal
die beiden Eingangssignale des Verstärkers 80 hinsieht lieh ihrer Phase und ihrer Amplitude genau ausbalan
eiert sind. Zur Ampütudeneinstellung wird eine entspre
chende Regulierung am Potentiometer 84 vorgenom
2' men. Zur Phaseneinstellung wird ein Potentiometer 9(
innerhalb des Phasenausgleichskreises 86 mstiert. Da: Einstellen der Nullbedingung erfolgt wie bereit:
beschrieben durch Einführen eines Probestückes zwi sehen die lichtemittierenden Dioden 12 und 14 sowie die
J« Photodioden 22 und 24, wobei eine evtl. erforderliche
Nachjustierung mit den Potentiometern 84 und 9( vorgenommen wird. Bei der in F i g. 3 gezeigter
Auswerteschaltung wird vorzugsweise eine Frequenz des Oszillators 16 im Bereich von etwa 2 KHz gewählt
wodurch die Phasenverschiebungen zwischen derr Breitensignal und dem Bezugssignal infolge dei
Kapazitäten der Bauelemente in erträglichem MaC gehalten werden. Dem Differenzverstärker 80 ist eine
Vergleichsschaltung 92 nachgeschaltet, die bei Über schreitung eines vorgegebenen Schwellenwertes durch
das Verstärkerausgangssignal einen Ausgangsimpuls abgibt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Ermittlung der Breite eines streifenförmigen Körpers mit Hilfe von Strahlungsquellen und zugeordneten Strahlungsempfängern,
die die aufgenommene Strahlung in entsprechende elektrische Signale umwandeln, wobei jeweils eine
Kante des für die Strahlung undurchlässigen, streifenförmigen Körpers sich im Strahlengang
zwischen einer Strahlungsquelle und dem zugeordneten Strahlungsempfänger befindet, dadurch
gekennzeichnet, daß für die von den Strahlungsquellen (12,14) ausgehende Strahlung eine von
der Frequenz der umgebenden Strahlung stark abweichende Frequenz gewählt wird, und daß bei
der Auswertung der von den Strahlungsempfängern (22, 24) erzeugten elektrischen Signale diejenigen
Signale, deren Frequenz nicht der Frequenz der von den Strahlungsquellen ausgehenden Strahlung entspi
icht, ausgefiltert werden (17,18,54,56).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale eines die vom
streifenförmigen Körper (10) beeinflußte Strahlung einer Strahlungsquelle (12, 14) aufnehmenden
Strahlungsempfängers (22, 24) und eines die vom streifenförmigen Körper (10) nicht beeinflußte
Strahlung dieser Strahlungsquelle (12, 14) aufnehmenden Strahlungsempfängers (32, 34) miteinander
verglichen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf zwei gegenüberliegenden
Seiten des streifenförmigen Körpers (10) je eine Strahlungsquelle (12, 14) und ein Strahlungsempfänger
(22, 24) angeordnet werden und daß die Aiisgangssignale der beiden Strahlungsempfänger
summiert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale
der Strahlungsempfänger nach der Ausfilterung (17, 18) der Signale, deren Frequenz nicht der Frequenz
der von den Strahkingsquellen ausgehenden Strahlung entspricht, gleichgerichtet werden (<56,70).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle
lichtemittierende Dioden (12,14) verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als streifenförmiger
Körper(10)ein Magnetband verwendet wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
8235 | Patent refused |