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    公开号:WO1989003357A1
    申请号:PCT/EP1988/000882
    申请日:1988-10-05
    公开日:1989-04-20
    发明作者:Gerd RÜSSMANN；Helmut Lieberg
    申请人:J.M. Voith Gmbh；
    IPC主号:B65H23-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Vorrichtung zur Positionserfassung der Kanten von sich bewegenden Bahnen.
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positions erfassung der Kanten von sich bewegenden Bahnen, wie Papierbahnen, Trock enfilzen, Sieben, Textilien, Folien u. dgl ., bei dem ein Lichtsignal einer Lichtschranke aus einem im Bereich der Bahnkante angeordneten Signalauslaß in Richtung der Bahnkante ausgesandt und das reflektierte oder nicht-reflektierte Lichtsignal von einem Signaleingang empfangen wird und von der Lichtschranke in ein
    [0003] Ein/Aus-Signal umgesetzt wird, wobei das Ein/Aus-Signal als Anzeige und als Steuergröße der Position der Bahnkante verwendet wird.
    [0004] Bei der Steuerung von umlaufenden Maschinen aller Art, bei denen bahnförmige Materialien bewegt werden, ist es unverzichtbar, die Bahnkanten bezüglich des Geradelaufs der Bahn zu überwachen, damit Beschädigungen entweder der Maschine oder der Bahn selbst vermieden werden. Beispiele hierfür sind Papierbahnen, Trockenfilze in Papier maschinen, Siebe, Textilien, Folien u. dgl.. Grundsätzlich Gleiches gilt für die Messung von Bunddurchmessern an Auf- und Abwicklern und Haspeln, wobei bei sämtlichen Gebieten dieser Art die für die Ist-Wert-Erfassung bei der Messung erforderlichen Maßnahmen berührungslos erfolgen sollen, da selbst geringste Anlegekräfte für das Meßobjekt schädigend sind. In vielen Fällen wird jedoch in der Praxis beispielsweise bei den Sieben und Trockenfilzen von Papiermaschinen mit mechanischen Tastern gearbeitet, welche bei Berührung mit der Bandkante eine elektronische oder pneumatische Regelung beeinflussen. Bei dieser weit verbreiteten Verfahrensweise kann es leicht zu einer Schädigung des Meδguts durch Reibung an den Bahnkanten, insbesondere bei schnelllaufenden Maschinen kommen.
    [0005] Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art wird zwar der Ist-Wert optisch und ohne Berührung des Meßmaterials erfaßt, wobei jedoch hier zwei Lichtschranken verwendet werden, welche eine Nachführeinrichtung über Kolben steuern. Der Nachteil dieser bekannten Verfahrensweise besteht darin, daß zur Erfassung einer Bahnkante bereits zwei Lichtschranken erforderlich sind, zwischen denen der Ist-Wert für die Position der Bahnkante liegt. Folglich ist auch die Posi.tionserf assung der Bahnkante vergleichsweise ungenau. Diese Art der Ist-Wert-Erfassung der Bahnkante bedingt darüber hinaus eine über Magnetventile gepulste Nachführeinrichtung, welche vergleichsweise komplex aufgebaut ist. Bei diesem bekannten Verfahren wird άer Ist-Wert dadurch ermittelt, daß die Bedingung erfüllt sein muß, daß eine Lichtschranke bedeckt ist, während die andere frei liegt. Durch diese Bedingung ergeben sich selbstverständlich auch Anfahrprobleme, da diese ebenfalls erfüllt ist, wenn die Bahnkante von außen angefahren wird.
    [0006] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, bei welchem eine kontinuierlich berührungslos und optisch arbeitende Ist-Wert-Erfassung möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Positionserfassung der Bahnkante kontinuierlich durchgeführt wird, indem der Signalausgang gemeinsam mit dem Signaleingang umlaufend und ständig auf einer die Bahnkante jeweils zweimal schneidenden Bahn bewegt werden und daß aus den bei jedem Umlauf gewonnenen Ein/Aussignalen die jeweilige Position der Bahnkante ermittelt wird.
    [0007] Es ist offensichtlich, daß durch diese Verfahrensweise eine ununterbrochene Überwachung der Position der Bahnkante möglich ist, welche vollständig berührungslos erfolgt. Dabei soll unter umlaufender Bewegungsbahn ein-e solche zu verstehen sein, die - unabhängig ob geradlinig oder kurvenförmig - in sich geschlossen ist. Durch diese kontinuierliche Ist-Wert-Erfassung der Bahnkante ist es möglich, die Regelstrecke mit herkömmlichen Regeln aufzubauen. Gleichzeitig ist es z.B. auch möglich, eine berührungslose Messung von Bunddurchmessern bei Auf- und Abwicklern durchzuführen, so daß in einfacher Weise eine Wegeregelung für den Kantensensor erzielbar ist.
    [0008] Weiterhin ist es von Vorteil, daß lediglich mit einer Lichtschranke gearbeitet werden kann und, wie weiter unten noch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert wird, eine ausgesprochen robuste Konstruktion möglich ist.
    [0009] Bei einer bevorzugten AusfUhrungsfarm nach der Erfindung werden der Signalausgang und der Signaleingang auf einer Kreisbahn bewegt, welche die Bahnkante schneidet.
    [0010] Im einzelnen kann es bei abgewandelten Ausführungsformen auch vorteilhaft sein, die Kreisbahn zunächst in eine die Bahnkante schneidende lineare Bahn umzuwandeln.
    [0011] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden aus den beiden Schnittpunkten der Kreisbahn mit der Bahnkante der Schnittwinkel ermittelt und daraus die Kreisabschnittshöhe als Anzeige der Bahnkantenposition berechnet.
    [0012] Der Schnittwinkel kann bevorzugt durch Integration und Mittalwertbil düng einer von der Lichtschranke im Tastverhältnis geschalteten Gleichspannung gemessen werden.
    [0013] Alternativ kann der Schπittwinkel auch durch Ermittlung der Zeitspanne zwischen den beiden Ein/Aus-Signalen gemessen werden.
    [0014] Bei der Ausführungsform nach der Erfindung, bei welcher die Kreisbahn zunächst in eine die Bahnkante schneidende lineare Bahn umgewandelt wird, erfolgt die Erfassung der Position der Bahnkante dadurch, daß der von dem Band bedeckte Teil und/oder der von dem Band unbedeckte Teil der linearen Bewegungsbahn erfaßt wird.
    [0015] Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens mit einer Lichtschranke und mit mit der Lichtschranke über Glasfaserbündel verbundenen Signalauslaß und Signal einlaß im ßereich der Bahnkante wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelost, daß ein Antrieb vorgesehen ist, welcher den Signalausgang und den Signal eingang entlang einer Bewegungsbahn bewegt, welche die Bahnkante mindestens zweimal schneidet und daß eine Auswerteinrichtung für die kontinuierlich im Takt erzeugten Ein/Aus-Signale der Lichtschranke vorgesehen ist.
    [0016] Es ist offensichtlich, daß mittels dieser Vorrichtung eine ausgesprochen genaue Messung der Schnittpunkte der Bewegungsbahn mit der Bahnkante möglich ist. Darüber hinaus kann die Vorrichtung ausgesprochen robust aufgebaut werden und in Abhängigkeit von den verwendeten Glasfasern und dem Antrieb ausgesprochen temperaturbeständig sein. Bevorzugt ist der Antrieb als Drehantrieb, insbesondere als Elektromotor, Pneumatik- oder Hydraulikmotor oder als über eine biegsame Welle getriebenes Getriebe ausgebildet
    [0017] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform kann dadurch geschaffen werden, daß der Drehantrieb eine durchgehende Hohlwelle aufweist, durch welche das mit dem Sender und dem Empfänger der Lichtschranke verbundene Glasfaserbündel geführt ist, und daß auf der Antriebswelle des Motors ein Abtastarm befestigt ist, durch welchen das Glasfaserbündel hindurchgeführt ist. Bei dieser Anordnung wird in einfachster Weise durch die kontinuierliche Drehbewegung des Antriebs die Kreisbahn erzeugt. Diese Ausführungsform bietet den weiteren Vorteil , daß eine einfache Meßbereichsanpassung durch Änderung des Radius des Abtastarmes durchgeführt werden kanYi. Da, wie bereits oben erwähnt, lediglich das Tastverhältnis zwischen den Ein/Aus-Signalen verarbeitet wird, ist die Messung darüber hinaus drehzahlunabhängig. Bei der Ausbildung als Drehantrieb ist ein ausgesprochen robuster Aufbau mit wenig bewegten Teilen gewährleistet.
    [0018] Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, daß am freien Ende des Abtastarms der Signal ausgang und der Signalaingang vorgesehen sind, deren Lichtaustrittsfläche senkrecht zur Antriebsachse liegt.
    [0019] Im einzelnen kann die Erfindung dadurch weitergebildet werden, daß das Glasfaserbündel auf der Eiπgangsseite des Antriebs in einem Gehäuseteil in einer ortsfesten Hälfte einer optischen Drehkupplung gehalten ist und daß das anschließende Ende der Hohlwelle mit einer drehbaren Kupplungshälfte der optischen Drehkupplung versehen ist, welche das zu dem Signaleingang bzw. Signalausgang führende Glasfaserbündel hält.
    [0020] Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, daß das Glasfaserbündel die Sendefasern und die Empfangsfasern konzentrisch zueinander enthält, da hier eine besonders einfache und robuste Führung der Signalleitung erzielt wird.
    [0021] In vorteilhafter Weise ist die Auswerteinrichtung nach der Erfindung derart ausgebildet, daß sie den Schnittwinkel aus den Ein/Aus-Signalen durch Integration und Mittelwertbildung einer von der Lichtschranke im Tastverhältnis geschalteten Gleichspannung erfaßt.
    [0022] Alternativ ist es auch möglich, die Auswerteinrichtung derart auszugestalten, daß die Positionserfassung durch Zeitermittlung der Ein/Aus-Intervalle beim Schnitt mit der Bahnkante erfolgt.
    [0023] Eine in besonders vorteilhafter Weise abgewandelte Ausführungsform nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Glasfaserbündel des Abtastarms mit dem Sender der Lichtschranke verbunden ist, daß entlang der Kreisbahn des Signalsausgangs die Enden von Verbindungsglasfaserbündeln angeordnet sind, welche einen Sendevertail erkreis bilden und daß die anderen Enden der Verbindungsglasfaserbündel in einer linearen Sendeleiste zusammengefaßt sind, welche senkrecht zur Bahnkante verläuft.
    [0024] Hierbei ist es vorteilhaft, daß der Empfänger der Lichtschranke über ein Glasfaserbündel mit einer Empfängerleiste verbunden ist, in der die freien Enden der Glasfasern linear nebeneinander liegen.
    [0025] Bevorzugt ist es ferner, daß die Empfängerleiste parallel zur Senderleiste angeordnet ist und beide die Bahnkante im rechten Winkel schneiden. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Lichtschranke und mit mit der Lichtschranke verbundenen Signalausgang und Signaleingang im Bereich der Bahnkante dadurch gelöst, daß sich im Strahlengang des vom Signalausgang abgegebenen Lichtstrahls ein mit einem Antrieb verbundener Spiegel befindet, der von diesem zur Erzeugung einer vom Lichtstrahl verfolgten Bahn bewegbar ist, welche die Bahnkante schneidet.
    [0026] Diese Vorrichtung hat nur wenige bewegte Teile und arbeitet berührungslos. Mit ihr ist ebenfalls eine genaue Messung der Schnittpunkte der Bewegungsbahn des LichtStrahls mit der Bahnkante möglich, Dabei kann der den Lichtstrahl abgebende Sender relativ weit entfernt von der Bahnkante angeordnet sein.
    [0027] Nach zweckmäßigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Spiegel ein oszillierend angetriebener Planspiegel oder ein rotierender Polygonspiegel sein.
    [0028] Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Untaransprüchen angegeben bzw. ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in welcher die Erfindung anhand von in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert wird. Es zeigt:
    [0029] Figur 1 eine seitliche, teilweise geschnittene Ansicht einer ersten Ausfuhrungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;
    [0030] Figur 2 eine Schnittansicht längsder Linie I I - I I von Fi gur 1; Figur 3 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Figur 1;
    [0031] Figur 4 eine Prinzipskizze einer Schaltung in der Auswerteinri chtung zur Ermittlung de r Position der 3ahnkante;
    [0032] Figur 5 eine seitliche, teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren Äusführungsform nach der Erfindung;
    [0033] Figur 6 sine Prinzipskizze des Sendeverteilerkreises bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 in Richtung des Pfeils VI;
    [0034] Figur 7 eine Prinzipskizze der Zusammenhänge zwischen Sendeverteilerkreis und der linearen Sendeempfangsleiste bei der Ausführungsform gemäß Figur 5;
    [0035] Figur 3 eine Skizze zur Erläuterung der Betriebsweise der Ausführungsform gemäß Figur 5;
    [0036] Figur 9 eine Prinzipskizze, welche ein weiteres Anwendungsbeispiel für die erfindungsgetmäßen Vorrichtungen zeigt;
    [0037] Figur 10 eine Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung und
    [0038] Figur 11 ebenfalls eine Prinzipskizze einer abweichend gestalteten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die in den Zeichnungen in den Figuren 1 bis 4 erläuterte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung weist eine allgemein mit 1 bezeichnete Infrarot-Reflektionsschranke auf, in welcher ein Sender 2 und ein Empfänger 3 enthalten sind. Die Reflektionsschranke 1 ist mit einer allgemein mit 4 bezeichneten Auswerteinheit verbunden.
    [0039] Ein Glasfaserkabel 5, welches, wie in Figur 2 veranschaulicht, Sendegl asfaserπ 6 und Empfängergl asfasern 7 enthält, ist mit einem Antrieb 3 verbunden, über welchen ein Abtastarm 9 drehangetrieben ist.
    [0040] Beim veranschaulichten Ausführungsbei spiel ist der Antrieb 8 als Elektromotor 10 ausgebildet. Anstelle des Elektromotors 10 können als Antrieb 8 auch Luftmotoreπ, Hydraulikmotoren oder über biegsame Welle angetriebene Getriebe verwendet werden.
    [0041] Wie in Figur 1 gezeigt, ist der Elektromotor 10 mit einer Hohlwelle 11 versehen, durch welche das Glasfaserbündel 5 hindurchgeführt ist.
    [0042] Sei dem bevorzugten Ausfüπrungsbeispiel gemäß Figur 1 ist hierbei das Gl asfa≤erbündel 5 auf der Eingangsseite des Antriebs 3 bzw. Elektromotors 10 in einem Gehäuseteil 12 des Motors in der ortsfesten Hälfte (Weibchen) 13 einer optischen Drehkupplung 14 gehalten. Das gegenüberliegende Ende 15 des Glasfaserbündels 5 ist in einer drehbaren Hälfte 16 der Drehkupplung 14 gehalten, welche in dem d e r ortsfesten Hälfte 13 gegenüberliegenden Ende 17 der Hohlwelle 11 befestigt ist.
    [0043] Das durch die Hohlwelle 11 weiterführende Glasfaserbündel 5 ist durch den Abtastarm 9 hindurch zu einer öffnung 18 am freien Ende des Abtastarms 9 geführt, in welcher der durch die Pfeile in Figur 1 symbolisierte Signalausgang 19 und Signal eingaπg 20 angeordnet sind. Wie gezeigt, ist die Anordnung hierbei derart getroffen, daß die Lichtaustrittsfläche 21 am freien Ende des Abtastarms 9 senkrecht zu der durch die Hohlwelle 11 gebildeten Antriebsachse des Abtastarms 9 liegt.
    [0044] In Figur 1 ist mit 22 noch die zu überwachende Bahn bezeichnet, von der die Position der Kante 23 festgestellt werden soll.
    [0045] Die in Figur 1 veranschaulichte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 hinsichtlich ihrer Funktion im folgenden näher erläutert.
    [0046] Durch den Antrieb 8 werden der Signal ausgang 19 und der Signal eiπgang 20 am Abtastarm 9 über der Bahn 22 auf einer Kreisbahn 26 bewegt, wobei, wie in Figur 3 veranschaulicht, zwei Schnittpunkte 24, 25 mit d er Bahnkante 23 bestehen. Der Radius r der Kreisbahn 26 entspricht dem Abstand zwischen der Mittelachse der Hohlwelle 11 und der Mittelachse der Lichtaustrittsöffnung 21. Wenn die Kreisbahn 26 an einem der Punkte 24, 25 von der Bahnkante 23 geschnitten wird, so wird das reflektierte Licht über die Empfängerfasern 7 des Glasfaserbündels 5 dem Empfänger 3 der Lichtschranke 1 zugeführt.
    [0047] Durch Auswertung des Zustandswechsels an den Schnittpunkten 24, 25 erzeugt die Lichtschranke 1 ein Ein/Aus-Signal, aus welchem in der Auswerteinrichtung 4 der Schnittwinkel α ermittelt und daraus die Kreisabschnittshöhe h errechnet wird.
    [0048] Die Winkelmessung kann im einfachsten Fall durch Integration und Mittel wertbildung einer von der Lichtschranke 1 im Taktverhältnis geschalteten Gleichspannung er folgen, wozu beispielsweise die in Figur 4 veranschaulichte einfache Schaltung Verwendung finden kann. Hierbei stellt die Spannung an dem veranschaulichten Kondensator ein Maß für den Winkel dar. In Figur 4 ist mit 27 der Kontakt der Lichtschranke 1 bezeichnet.
    [0049] Alternativ hierzu kann die Winkelmessung durch Zeitermittlung der Ein/Aus-Intervalle erfolgen, wobei in Figur 3 mit
    [0050] Z£ = Zeit EIN (bedeckt) ZA - Zeit AUS (frei)
    [0051] bezeichnet ist, so daß sich der Winkel wie folgt berechnen läßt:
    [0052] ex 360'
    [0053] Z-. (I)
    [0054] 1+ -Ξ. z„
    [0055] oder
    [0056] cc = 2T τ- (in
    [0057] Mit dem gemäß der ersten Alternative gemessenen oder dem nach oben stehenden Formeln berechneten Schnittwinkel α wird in der Auswerteinheit 4 anschließend die Kreisabschnittshöhe h errechnet, wobei
    [0058] h = Abschnittshöhe r = Radius des vom Abtastarm 9 beschriebenen
    [0059] Kreises α = Schnittwinkel und zwar nach folgenden Formeln
    [0060]
    [0061] Bei der in Figur 5 bis 7 veranschaulichten alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung wird das durch Bewegung auf einer Kreisbahn erzeugte Signal zunächst in eine lineare Bewegungsbahn umgesetzt.
    [0062] Wie veranschaulicht, ist hierbei das durch den Abtastarm 9 über die optische Drehkupplimg 14 geführte Glasfaserbündel mit dem Sender 2 der Lichtschranke 1 verbunden. Der Abtastarm 9 läuft hierbei in einem Gehäuseteil 28, in welchem der Kreisbahn 25 der Lichtaustrittsöffnung 21 gegenüberliegend die Enden von Glasfaserbündeln 30 angeordnet sind, welche einen Sende-verteilerkreis 31 bilden.
    [0063] Die anderen Enden 32 der Verbindungsglasfaserbündel 30 sind in einer 1 i nearen Sendeleiste 33 zusammengefaßt, welche, wie in Figur 5 veranschaulicht, senkrecht zur Bahnkante 23 liegt.
    [0064] Der Empfänger 3 der Lichtschranke 1 ist über das die Empfangsfasern 7 enthaltene Glasfaserbündel 5' mit einer ebenfalls linearen Empfängerleiste 34 verbunden, in welcher die freien Enden der Empfangsfasern in linearer Anordnung zusammengefaßt sind, wobei die Empfängerleiste 34 parallel zur Senderleiste 33 angeordnet ist.
    [0065] Bei der durch den Antrieb 8 erzeugten Drehbewegung des Abtastarms 9 tritt das Licht in die Enden 29 der Sendefasern 6 des Verbindungsglasfaserbündels 30 ein und tritt in der Sendeleiste 33 in linearer Anordnung jeweils entsprechend der angesprochenen Glasfaser auf.
    [0066] Die Empfängerleiste 34 sammelt das reflektierte Licht der Seπdeleiste entsprechend der Position der Bahnkante 23 und leitet das reflektierte Licht über das Glasfaserbündel 5' dem Empfänger 3 der Lichtschranke 1 zu.
    [0067] Im einzelnen wird, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, das aus der Lichtschranke 1 austretende InfrarotLicht über das Glasfaserbüπdel 5 zu der Lichtaustrittsöffnung 21 des Abtastarms geleitet. Bei drehendem Antrieb 8 tritt das austretende Licht aus der Lichtauslaßöffnung 21 in Drehrichtung nacheinander in die gegenüberstehenden Glasfasern des Sendevertail erkrei ses 31 ein und bei weiterdrehender Bewegung als Linearbewegung an der Sendeleiste 33 aus.
    [0068] Befindet sich unter der Sendeleiste 33 ein reflektionsfähiger Gegenstand, wie beispielsweise die Bahn 22 mit der ßahnkante 23, so wird das reflektierte Licht über die Empfängerleiste 34 der Empfangsoptik der Lichtschranke 1 zugeführt und von dieser verwertet. Der Zustandswechsel Reflektion oder Nichtreflektion wird von der Lichtschranke 1 in Ein/Aus-Signale umgesetzt.
    [0069] Das Tastverhältnis der Ausgangssignale der Lichtschranke 1 stimmt mit dem von dem Abtastarm 9 überstrichenen Bogen am Sendeverteilerkreis 31 proportional überein.
    [0070] In Figur 7 sind zur besseren Klarheit die einzelnen Glasfasern durchnumeriert veranschaulicht, wobei in der veranschaulichten Stellung die Sende- und Empfangsbereiche 1 bis 7 frei sind, während die Sende- und Empfangsbereiche 8 bis 26 durch die Bahn überdeckt sind, so daß die Bahnkante 23 zwischen 7 und 8 liegt. Mit dem über die Ein/Aus-Signal e der Lichtschranke 1 gewonnenen Tastverhältnis läßt sich die Lage der Bahnkante 23 wie folgt ermitteln.
    [0071] Hierbei ist:
    [0072] U = Umfang des Sendeverteil erkreises 31 tE = Zeit Lichtschranke bedeckt Lichtschranke frei tA = Zeit
    [0073] SE = Weg Lichtschranke bedeckt SA = Weg Lichtschranke frei.
    [0074] Die Lage dieser Größen sind bezüglich des Sendeverteilerkreises 31 in Figur 8 gezeigt.
    [0075] Unter diesen Voraussetzungen gilt dann :
    [0076]
    [0077] Im einfachsten Fall kann daher in der Auswerteinheit 4 der Weg durch Integration und Mittel wertbildung einer von der Lichtschranke 1 im Tastverhältnis geschalteten Gleichspannung ermittelt werden, wozu beispielsweise ebenfalls die in Figur 4 gezeigte Schaltung verwendet werden kann, wobei die Spannung am Kondensator dem Weg direkt proportional ist.
    [0078] In Figur 9 ist noch schematisch ein weiterer Anwendungsfall veranschaulicht, bei dem sich mit den oben beschrie beπen Ausführungsformen berührungsl os Bunddurchmesser an Auf- und Abwicklern überwachen lassen, wobei die Skizze gemäß Figur 9 noch den grundsätzlichen Regelkreis zeigt.
    [0079] In Figur 9 bezeichnet a den Abstand zu einem Festpunkt, r den Radius des Winkels, x1 einen Weg 1, welcher als Meß- wert beispielsweise durch einen mechanischen Geber ermittelt wird und x2 einen Weg 2, welcher als Meßwert von einem Geber gewonnen wird, der einer der Ausführungsformen nach der Erfindung entsprechen kann.
    [0080] In Figur 9 ist mit 35 der mechanische Geber und mit 36 der optische Geber nach der Erfindung bezeichnet, wobei noch ein Kolben 37 und ein Regler 38 vorgesehen ist. Der Regler 38 ist ein Wegregler für den Meßwertgeber 36, welcher hierdurch bei einer 50 %-Stellung, d.h. bei einer Mittelstellung, gehalten wird.
    [0081] Auf diese Weise läßt sich der Radius r durch die Formel
    [0082] r = a (x χ2) festlegen. Eine derartige Meßanordnung mit Wegeregelung bietet den Vorteil, daß das Meßgut überfahren werden kann und daß die Nachfahrbewegungen kompensiert werden, da eine Änderung des Wegs x1 bei bedecktem Fühler des optischen Gebers 36 eine gegenteilige Änderung von x2 erzeugt. Beim in Figur 10 dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionserfassung ist der Sender 2 der Lichtschranke 1 zur Abgabe eines Lichtsignals ausgebildet, welches durch eine dem Sender zugeordnete Optik 40 als Lichtstrahl (genauer Lichtbündel) 41 auf einen Planspiegel 42 fällt. Dieser ist im Bereich der Bahn 22 um eine parallel zur Bahnkante 23 verlaufende Achse 43 schwenkbar gelagert. Mit dem Planspiegel 42 ist ein Antriebsmotor 44 verbunden. Unter der Wirkung des Motors 44 führt der Spiegel 42 eine oszillierende Schwenkbewegung um die Achse 43 aus. Im Antriebsstrang zwischen dem Motor 44 und dem Spiegel 42 kann ein Getriebe 45 zur Steuerung des Ablaufs der Schwenkbewegung angeordnet sein.
    [0083] Der Lichtstrahl 41, der rechtwinklig zur Schwenkachse 43 verlaufend auf diese gerichtet ist, wird vom Planspiegel 42 reflektiert und in Richtung auf die Bahn 22 gelenkt. In der Ebene der Bahn 22 folgt der Lichtstrahl aufgrund der Schwenkbewegung des Spiegels 42 einer geradlinigen Bewegungsbahn, welche die Bahnkante 23 im rechten Winkel schneidet. Während jedes in sich geschlossenen Bewegungszyklus des Lichtstrahles 41 wird die Bahnkante 23 zweimal geschnitten.
    [0084] Auf der vom Planspiegel 42 abgewandten Seite der Bahn 22 ist im Bereich der Bahnkante 23 die Empfängerleiste 34 angeordnet, und zwar parallel zur Bewegungsbahn des Lichtstrahls 41, so daß dieser bei Nichtvorhandensein der Bahn auf die Empfängerleiste trifft. Von der Empfängerleiste 34 führt das Glasfaserkabel 5' zum Empfänger 3 der Lichtschranke 1. Die Empfängerleiste 34 kann auch neben der Bewegungsbahn des Lichtstrahls 41 auf der Seite der Bahn 22 angeordnet sein, welche dem Planspiegel 42 zugewandt ist. Bei dieser Anordnung empfängt die Leiste 34 beim Auftreffen des Lichtstrahles 41 auf die Bahn 22 von dieser reflektiertes Licht und überträgt dieses dem Empfänger 3 der Lichtschranke 1. Von der Bahn 22 reflektiertes Licht kann jedoch auf andere Weise erfaßt und dem Empfänger 3 übermittelt werden. Durch ein Lichtbündel 41 mit sehr kleinem Öffnungswinkel, durch ein parallel begrenztes Lichtbündel sehr kleinen Durchmessers oder durch ein auf die Ebene der Bahn 22 fokusiertes Lichtbündel kann die Bahnkante 23 mit hoher Genauigkeit erfaßt werden. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit dieses vorstehend vereinfacht als Lichtstrahl bezeichneten Lichtbündels durch entsprechende Steuerung der Schwenkbewegung des Planspiegels 42 über den Meßbereich der Bahnkantenerfassung konstant ist, kann die Zeitdauer der dem Empfänger übermittelten Licht/kein Licht-Signale durch die Auswerteinheit 4 mit geringem Aufwand zur Ermittlung des Ist-Wertes für die Positionserfassung der Bahnkante 23 herangezogen werden.
    [0085] Die in Figur 11 ausgeführte Ausführungsform der Vorrichtung unterscheidet sich von derjenigen nach Figur 10 lediglich dadurch, daß anstelle des Planspiegels ein Polygonspiegel 46 vorgesehen ist. Dieser ist mit einem Motor 47 verbunden und um eine parallel zur Bahnkante 22 verlaufende Drehachse 48 rotierend angetrieben. Der Lichtstrahl 41 wird von jeder Teilspiegelfläche des Polygonspiegels 46 reflektiert und entlang einer quer zur Bahnkante 23 verlaufenden Bewegungsbahn über die Bahn 22 geführt.
    [0086] Es wurde obenstehend die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen grundsätzlich erläutert, wobei dem Fachmann Änderungen und Abänderungen offensichtlich sind, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, wie er unter anderem auch in den Verfahrensansprüchen zum Ausdruck kommt.
    [0087] Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
    权利要求:
    Claims PATENTANSPROCHE
    1. Verfahren zur Positionserfassung der Kanten von sich bewegenden Bahnen, wie Papierbahnen, Trockenfilzen, Sieben, Textilien, Folien u.dgl., bei dem ein Lichtsignal einer Lichtschranke aus einem fm Bereich der Bahnkante angeordneten Signalauslaß in Richtung der Bahnkante ausgesandt und das reflektierte oder nicht-reflektierte Lichtsignal von einem Signaleinang empfangen wird und von der Lichtschranke in ein Ein/Aus-Signal umgesetzt wird, wobei das Ein/Aus-Signal als Anzeige und als Steuergröße der Position der Bahnkante verwendet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Po sitionserf assung kontinuierlich durchgeführt wird, indem der Signalausgang gemeinsam mit dem Signal ei ngang umlaufend und ständig auf einer die Bahnkante jeweils zweimal schneidenden Bahn bewegt werden, und daß aus den bei jedem Umlauf des Signals gewonnenen Ein/Aus-Signa 1 en die jeweilige Position der Bahnkante ermittelt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signal ausgang und der Signal eingang auf einer Kreisbahn bewegt werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisbahn die Bahnkante schneidet.
    4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisbahn in eine die Bahnkante schneidende lineare Bahn umgewandelt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus den beiden Schnittpunkten der Kreisbahn mit der Bahnkante der Schnittwinkel ermittelt und daraus die Kreisabschnittshöhe als Anzeige der Bahnkantenposition berechnet wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittwinkel durch Integration und Mittelwertbildung einer von der Lichtschranke im Tastverhältnis geschalteten Gleichspannung g emes s en wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittwinkel durch Ermittlung der Zeit zwischen den beiden Ein/Aus-Signalen gemessen wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Bahnkante durch Erfassung des von dem
    Band bedeckten Teils und/oder des von dem Band unbedeckten Teils der linearen Bewegungsbahn bestimmt wird.
    9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Lichtschranke und mit mit der Lichtschranke über Glasfaserbündel verbundenen Signalauslaß und Signaleinlaß im Bereich der Bahnkante, dadurch gekennzeichnet, daß ein kontinuierlicher Antrieb (8) vorgesehen ist, welcher den Signal ausgang (19) und den Signaleingang (20) entlang einer Bewegungsbahn bewegt, welche die Bahnkante (23) mindestens zweimal schneidet.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (8) als Drehantrieb, insbesondere als Elektromotor (10), Pneumatik- oder Hydraulikmotor oder als über eine biegsame Welle getriebenes Getriebe ausgebildet ist.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (8) eine durchgehende Hohlwelle (11) aufweist, durch welche das mit dem Sender (2) und dem Empfänger (3) der Lichtschranke (1) verbundene Glasfaserbündel (5) geführt ist, und daß auf der Antriebswelle (11) des Antriebs (8) ein Abtastarm (9) befestigt ist, durch welchen das Glasfaserbündel (5) hindurchgeführt ist.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Abtastarms (9) eϊn Signal ausgang (19) und ein Signaleingang (20) vorgesehen ist, deren Lichtaustrittsfläche (21) senkrecht zur Antriebsachse (11) steht.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasfaserbündel (5) auf der Eingangsseite des Antriebs (8) in einem Gehäuseteil (12) in einer ortsfesten Hälfte (13) einer optischen Drehkupplung (14) gehalten ist, und daß das anschließende Ende (17) der Hohlwelle (11) mit einer drehbaren Kupp! uπgshälfte (15) der optischen Drehkupplung (14) versehen ist, welche das zu dem Signaleingang (20) und dem Signal ausgang (19) führende Glasfaserbündel (5) hält.
    14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasfaserbündel (5) die Sendefasern (6) und die Empfangsfasern (7) konzentrisch zueinander angeordnet enthält.
    15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung (4) den Schnittwinkel (α) aus den Ein/Aus-Signalen durch Integration und Mittel wertbil dung der von der Lichtschranke (1) im Tastverhältnis geschalteten Gleichspannung bestimmt.
    16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung (4) die Position der Bahnkante (23) durch Zeitermittlung der Ein/Aus-Intervalle beim Schnitt mit der Bahnkante (23) bestimmt.
    17. Vorrichtung nach einem d er Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasfaserbündel (5) des Abtastarms (9) mit dem Sender (2) der Lichtschranke (1) verbunden ist, daß entlang der Kreisbahn (25) des Signalausgangs (19) die Enden (29) von Verbindungsfaserbündeln (30) angeordnet sind, welche einen Sendeverteilerkreis (31) bilden, und daß die anderen Enden (32) des Verbindungsfaserbündels (30) in einer linearen Sendeleista (33) zusammengefaßt sind, welche senkrecht zur Bahnkante (23) verläuft.
    18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (3) der Lichtschranke (1) üb e r ein Glasfaserbündel (5') mit einer Empfängerleiste (34) verbunden ist, in der die freien Enden d e r Glasfasern linear nebeneinander liegen.
    19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerleiste(34) parallel zur Sendeleiste (33) angeordnet ist und die Bahnkante im rechten Winkel schneidet.
    20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Lichtschranke und mit mit der Lichtschranke verbundenen Signalausgang und Signaleingang im Bereich der Bahnkante, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Strahlengang des vom Signalausgang abgegebenen Lichtstrahls (41) ein mit einem Antrieb (44) verbundener Spiegel (42) befindet, der von diesem zur Erzeugung einer vom Lichtstrahl verfolgten Bahn bewegbar ist, welche die Bahnkante (23) schneidet.
    21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel ein oszillierend angetriebener Planspiegel (42) ist.
    22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (41) rechtwinklig zur Schweπkachse (43) des Spiegels (42) verlaufend auf diese gerichtet ist.
    23. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel ein rotierend angetriebener Polygonspiegel (46) ist.
    24. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Spiegel (42) und seinem Antrieb (44) ein Getriebe (45) zur Erzeugung einer weitgehend gleichförmigen Bewegung des Lichtstrahls (41) entlang seiner Bahn angeordnet ist.
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