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    公开号:WO1986002913A1
    申请号:PCT/EP1985/000598
    申请日:1985-11-09
    公开日:1986-05-22
    发明作者:Hans-Joachim Schrauwen
    申请人:Elektro-Mechanik Gmbh；
    IPC主号:B65H23-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zur Positionserfassung der
    [0002] Bandkante einer Materialbahn
    [0003] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionserfassung der Band¬ kante einer Materialbahn mittels eines im Bandkantenbereich angeord- neten, aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Ultraschal1- Detektor, wobei die empfangenen Schallwellen in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.
    [0004] Es sind verschiedene Einrichtungen zur kanten- oder mittengenauen Führung von Materialbahnen bekannt. Bei den pneu ohydraulisehen Regeleinrichtungen (DE-PS 1574638 und DE-OS 2730733) wird-ein pneumatischer Bahnkantenfühler verwendet, der im wesentlichen aus zwei übereinander angeordneten Düsen besteht, nämlich der Senderdüse und der Empfängerdüse, die im kantennahen Bereich der Materialbahn an- geordnet sind. Der Empfängerdruck ändert sich in Abhängigkeit von der Position der Materialbahn und beaufschlagt einen Membranantrieb, der wiederum einen dem E pfängerdruck proportionalen Flüssigkeitsstrom zu einem Stellglied leitet, das in der Regel als Steuerrolle oder eine verstellbare Haspel ausgebildet ist.
    [0005] Häufig reicht jedoch die hydraulische Verstärkung nicht aus, um die Ansprechempfindlichkeit der Regeleinrichtung den technischen Erforder¬ nissen entsprechend einstellen zu können. In diesen Fällen kann die Ansprechempfindlichkeit nur dadurch erhöht werden, daß der Empfänger- druck durch Vergrößerung des Senderdrucks verstärkt wird. Bei dünnen Materialbahnen findet jedoch ein unerwünschtes Verwehen der Material- bahn statt. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es auch bekannt, anstelle eines pneumatischen Bandkantenfühlers einen optischen Bandkantenfühler zu verwenden, der aus einer fotoelektrischen Einrichtung besteht. Da die Bahnkantenfühler aufgrund besonderer Gegebenheiten der Anlage häufig einer starken Verschmutzung ausgesetzt sind, führt ein sich bildender Schmutzbelag auf der Optik zu einer Intensitätsänderung des Licht¬ strahls und damit zu einer Fehlmessung.
    [0006] Schließlich ist es auch bereits bekannt, die Bandkante einer Material- bahn mittels einer aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Ultraschalleinrichtung abzutasten (Druckschrift ECOSONIC der Fa. Endress _• Hauser QribH & Co., Maulburg). Bei den bekannten Ultraschall- detektoren treten jedoch wesentliche Verfälschungen des Meßsignals dadurch auf, daß der Empfänger nicht nur den Meßstrahl empfängt, sondern auch reflektierte Strahlen, die nicht zum direkten Strahlen¬ gang gehören. Insbesondere wenn aufgrund der Höhenschwankungen des Bandes zwischen Empfänger und Sender in ein harmonisches Verhältnis zur Wellenlänge des abgestrahlten Schalls gelangen, addieren oder subtrahieren sich diese Reflexsignale je nach ihren Phasensignalen zu dem direkten Meßsignal und führen damit zu einem verfälschten Me߬ wert.
    [0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs definierte Ver¬ fahren zur Positionserfassung einer ßandkante dahingehend weiterzubil- den, daß unerwünschte reflektierte Wellen mit Sicherheit keinen Ein¬ fluß auf das Meßergebnis nehmen.
    [0008] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Sender zeitlich zueinander versetzte EinzelImpulse oder Wellenpakete ab- strahlt, daß das vom Empfänger empfangene Wellenpaket bzw. Einzel- impuls in ein entsprechendes elektrisches Schwinguπgspaket umgewandelt wird, daß ein begrenzter Bereich des Schwingungspaketes abgetastet und der Abtastwert zur weiteren Verarbeitung gespeichert wird.
    [0009] Als Abtastwert läßt sich besonders vorteilhaft der Spitzenwert verwen¬ den, der in der Abtastperiode des Schwingungspaketbereichs ermittelt wird. Bei dem Verfahren wird also so gearbeitet, daß zunächst - und zwar bei nicht aktivierter Abtastung - ein Wellenpaket vom Ultraschall- sender ausgestrählt und vom Empfänger empfangen und in ein elektrisches Schwingungspaket-Signal umgewandelt wird. Anstelle eines Wellenpakets kann auch mit Einzelimpulsen gearbeitet werden. Da die unerwünschten Reflexionsstrahlen erst zu einem späteren Zeitpunkt in den Empfänger gelangen, kann man durch Auswertung bzw. Abtasten des ersten Bereichs des Schwingungspakets, in dem noch keine unerwünschten Überlagerungen auftreten, einen Meßwert gewinnen, der die Lage der Bandkante mit großer Genauigkeit repräsentiert. Begrenzt man den Abtastbereich, und zwar von Beginn des Schwingungspakets an gerechnet, auf höchstens drei bis fünf Perioden, so bleiben die Störreflexe mit Sicherheit eliminiert. Der ganze Vorgang wiederholt sich zyklisch und ermöglicht so eine fort¬ laufende Kontrolle bzw. Überwachung der Materialbahn.
    [0010] Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß der Sender von einem Impulsfolgegenerator gespeist wird, daß dem ein elektrisches Signal abgebenden Empfänger ein aktivierbarer Spitzen¬ gleichrichter und diesem eine aktivierbare Übertragungsschaltung zur «Übertragung des Spitzenwertes auf einen Speicher nachgeschaltet ist.
    [0011] Um das Verfahren in einem vorgegebenen Zeitablauf zu steuern, ist eine Ablaufsteuerung vorgesehen, die von einem Impulsgenerator beaufschlagt wird. Die gleichen Impulse werden auch dem Impulsfolgegenerator zuge¬ führt. Die Ablaufsteuerung sorgt dann dafür, daß eine vorgegebene Impulsfolge von dem Generator ausgesandt und der Spitzenwertgleich- richter zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine bestimmte Abtastperiode aktiviert wird, wobei der ermittelte Spitzenwert anschließend über eine Übertragungsschaltung einem Speicher zugeführt wird.
    [0012] Die Messung kann sowohl in Reflexion als auch im direkten Durchstrahl- verfahren erfolgen. Im ersteren Fall sind Sender und Empfänger auf der gleichen Seite der Materialbahn unter bestimmtem Winkel angeordnet, wobei der an der Materialbahn reflektierte Strahl den Meßstrahl bildet. Alternativ dazu kann in bekannter Weise ein Ultraschall-Wandler Wechsel weise als Sender und Empfänger verwendet werden. Im Falle der Durch- strahlmethode befindet sich der Sender auf der einen Seite und der Empfänger auf der anderen Seite der Materialbahn, wobei je nach dem Abdeckungsgrad des Strahls durch die Bahn Schallwellen unterschied¬ licher Energie in den Empfänger gelangen. Das Wesen der Erfindung soll an einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 die allgemeine Meßanordnung mit einem Ultraschalldetektor, Fig. 2 die schematische Darstellung einer Anordnung zur
    [0013] Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Verfa ensa laufs.
    [0014] In Fig. 1 ist mit 1 schematisch die Materialbahn angedeutet, die über nicht dargestellte Rollen geführt wird. Oberhalb der Material¬ bahn befindet sich der Sender 2, während unterhalb der Materialbahn der Empfänger 3 angeordnet ist. Sender und Empfänger sind im Kanten- bereich der Materialbahn angeordnet, so daß der Schallstrahl teilweise von der Materialbahn abgedeckt wird. Je nach dem Abdeckungsgrad ge- langt mehr oder weniger Schallenergie in den Empfänger, die ein Maß für die Lage der Bandkante bzw. der Materialbahn repräsentiert. An¬ stelle des DurchstrahlVerfahrens kann auch das nicht dargestellte Reflexionsverfahren angewendet werden. In diesem Fall sind Sender und Empfänger unter geeignetem Winkel auf der einen Seite der Material- bahn angeordnet. Der vom Sender abgegebene Schallstrahl wird auf der Materialbahn reflektiert und gelangt danach in den Empfänger. Wie bereits erwähnt, treten jedoch auch an anderer Stelle reflektierte Strahlen zusätzlich in den Empfänger ein, die den Meßstrahl verstär¬ ken oder schwächen und somit zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen.
    [0015] In Fig . 2 sind wieder die Materialbahn 1 , der Sender 2 und der Empfän¬ ger 3 schematisch dargestel lt . Der Ultraschal l sender 2 wird von einem Impul sfolgegenerator 4 gespeist , der eine bestimmte Impul sfolge vorge- gebener Folgefrequenz abgibt. Wie bereits erwähnt, l ßt sich das Ver¬ fahren auch mit Einzel i pulsen durchführen . In diesem Fal l wird an¬ stel le des Impul sfolgegenerators 4 ein Impul sgenerator verwendet. Diese elektrische Impul sfolge wird im Sender in ein Schal Iwel lenpaket umgewandelt, abgestrahlt und al s Schal lwel lenpaket vo Empfänger empfangen , wobei die empfangene Energie vom Abdeckungsgrad des Strahls durch die Material bahn bestimmt wird . Die Schallwellen werden im Empfänger direkt in elektrische Signale umgewandelt, gegebenenfal ls in einem Verstärker 5 verstärkt und dann einer aktivierbaren Abtast - einreichtung 6 zugeführt. Die Abtasteinrichtung 6 weist einen Schalter 7 auf , der die vom Verstärker 5 abgegebenen Signale dem Spitzenwertgleichrichter 8 zuführt . Der Spitzengleichrichter 8 besteht bei spiel sweise aus der Zusammenschaltung einer Diode mit einem Konden¬ sator, wie es symbol isch dargestel lt i st . Nach Beendigung der Abtast¬ periode wird der Schalter 7 geöffnet und der im Spitzenwertgleichrich¬ ter festgehaltene Wert mittel s einer Übertragungsschaltung 9 einem Speicher 9 zugeführt. Die Übertragungsschaltung 9 kann beispielsweise aus einem Schalter 1 und einem Kondensator 10 bestehen. Durch
    [0016] Schl ießen des Schalters 1 wird die Ladung aus dem Spitzenwertgleich¬ richter auf den Kondensator 10 übertragen und dann zur Weiterverarbei ¬ tung einem nicht näher dargestel lten Speicher zugeführt.
    [0017] Zur Erl äuterung des Funktionsablaufs wird Fig . 3 herangezogen . Die Abl aufsteuerung wird von einem Impul sgenerator 13 beaufschlagt, der gleichzeitig Impulse an den Impulsfolgegenerator 4 l iefert. Zum Zeit¬ punkt T1 schl ießt die Ablaufsteuerung den Schalter 14 und aktiviert den Impulsfolgegenerator, der beispielsweise eine Impulsfolge mit drei Impulsen abgibt. Demzufolge strahlt der Sender 2 ein Wel lenpaket mit der gleichen Periodendauer ab. Zum Zeitpunkt T2 wird über die Ablauf¬ steuerung 12 der Schalter 14 geöffnet und der Schalter 7 geschlossen . Die Zeitdifferenz T2 - T1 entspricht etwa der Laufzeit der Schal lwel len vom Sender zum Empfänger . Der Schalter 7 bleibt so lange geschlossen , daß etwa drei Perioden von der Abtastschaltung 6 erfaßt werden . Zum Zeitpunkt T3 öffnet der Schalter 7, und der Spitzenwertgleichrichter behält den Spitzenwert, der im Zeitbereich T3 - T2 auftritt. Zum Zeitpunkt T4 wird der Schalter 1 1 geschlossen und der Spitzenwert auf einen Speicher 10 übertragen . Danach ist der Spitzenwertgleichrichter wieder auf Nul l gestel lt, und der Zyklus beginnt von neuem. Auf diese Weise ist sichergestel lt, daß während der Abtastperiode nur das Me߬ signal erfaßt wird und keine störenden Reflexionen , die zu einem spä¬ teren Zeitpunkt eintreffen würden , den Meßwert beeinflussen .
    权利要求:
    Claims Verfahren zur Positionserfassung derBandkante einer Material bahnPatentansprüche
    1. Verfahren zur Positionserfassung der Bandkante einer Materialbahn mittels eines im Bandkantenbereich angeordneten, aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Ultraschall -Detektor, wobei die empfangenen Schallwellen in ein elektrisches Signal umgewandelt werden , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sender (2) zeitlich zueinander versetzte Einzelimpulse oder Wellenpakete abstrahlt, daß das vom Empfänger (3) empfangene Wellenpaket (bzw. Einzel impuls) in ein entsprechendes elektrisches Schwingungspaket umgewandelt wird, daß ein begrenzter Bereich des Schwingungspakets abgetastet und der Abtastwert zur weiteren Verar¬ beitung gespeichert wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Abtastwert in der Abtastperiode der Spitzenwert des abge¬ tasteten Schwingungspaketbereiches ermittelt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abtastbereich die ersten drei bis fünf Perioden des Schwingungspakets erfaßt.
    4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem aus einem Sender und einem Empfänger bestehen- den Ultraschall -Detektor, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sender (2) von einem Impulsfolgegenerator (4) gespeist wird, daß dem ein elektrisches Signal abgebenden Empfänger (3) ein akti¬ vierbarer Spitzenwertgleichrichter (6) und diesem eineakti vierbare Übertragungsschaltung (9) zur Übertragung des Spitzenwertes auf einen Speicher (10) nachgeschaltet ist.
    5. Anordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Impulsgenerator (13) vorgesehen ist, der eine Ablauf¬ steuerung (12) und den Impulsfolgegenerator (4) beaufschlagt, daß die Ablaufsteuerung (12) des Impulsfolgegenerators (4) zur Erzeu¬ gung von Impulsfolgen veranlaßt, den Spitzenwertgleichrichter (6) in der Abtastperiode aktiviert und anschließend die übertragungs- Schaltung (9) veranlaßt, den Spitzenwert abzuspeichern.
    6. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sender (2) und Empfänger (3) auf der gleichen Seite der Material bahn (1) angeordnet sind.
    7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Sender (2) und Empfänger (3) auf verschiedenen Seiten der Ma- terialbahn angeordnet sind.
    8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nur ein ULtraschall-Wandler als Sender und Empfänger unter einer entsprechenden Steuerung arbeitet.
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