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DE2247161B2 - Verfahren zur Breitenbestimmung eines streifenförmigen Körpers - Google Patents

Verfahren zur Breitenbestimmung eines streifenförmigen Körpers

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Publication number
DE2247161B2
DE2247161B2 DE2247161A DE2247161A DE2247161B2 DE 2247161 B2 DE2247161 B2 DE 2247161B2 DE 2247161 A DE2247161 A DE 2247161A DE 2247161 A DE2247161 A DE 2247161A DE 2247161 B2 DE2247161 B2 DE 2247161B2
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radiation
strip
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signals
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DE2247161A
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Larry Leon Boulder Croissant
Edward Albert Lafayette Crowther Ii
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International Business Machines Corp
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International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of DE2247161B2 publication Critical patent/DE2247161B2/de
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/04Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving
    • G01B11/046Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving for measuring width
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/74Record carriers characterised by the form, e.g. sheet shaped to wrap around a drum

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

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)

Patentansprüche:
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.
DE2247161A 1971-11-26 1972-09-26 Verfahren zur Breitenbestimmung eines streifenförmigen Körpers Ceased DE2247161B2 (de)

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US20254071A 1971-11-26 1971-11-26

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DE2247161A1 DE2247161A1 (de) 1973-05-30
DE2247161B2 true DE2247161B2 (de) 1979-12-20

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GB (1) GB1362319A (de)

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