DE3929469A1

DE3929469A1 - Geraet zur messung der blattdicke

Info

Publication number: DE3929469A1
Application number: DE3929469A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Ichikawa
Original assignee: Meisan Co Ltd
Current assignee: Meisan Co Ltd
Priority date: 1988-10-12
Filing date: 1989-09-05
Publication date: 1990-04-19
Anticipated expiration: 2009-09-06
Also published as: US5001356A; FI96137C; DE3929469C2; FI893921A0; JPH0648185B2; FI96137B; SE8902579L; JPH02103408A; FI893921A; SE467551B; SE8902579D0

Description

Grundlage der Erfindung Umfeld der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Blattdicken-Meßgerät zur Messung der Dicke eines Blattes, z. B. eines Blattes Papier, eines undurchsichtigen Kunst stoffilmes, einer Metallfolie oder dgl. mit einem ein Magnetfeld ausnutzen den Sensor und einem optischen Sensor.

Beschreibung des bekannten Standes der Technik

Wie schematisch in Fig. 5 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, mißt ein bekanntes Blattdicken-Meßgerät dieser Art in der Weise die Dicke eines Blattes 2, daß ein Sensoraufbau 5 mit einem ein Magnetfeld aus nutzenden Sensor 3, z. B. einem magnetischen Sensor, einem Wirbelstromsen sor oder dgl., und mit einem optischen Sensor 4 das auf eine metallische Grundplatte 1 gelegte Blatt 2 der Länge nach abtastet. Im Grunde wird der Abstand 1 ₁ zu der Oberfläche der metallischen Grundplatte 1 von dem ein Ma gnetfeld ausnutzenden Sensor 3 und der Abstand 1 ₂ zu der äußeren Oberfläche des Blattes 2 von dem optischen Sensor 4 gemessen, und die Dicke t des Blat tes 2 wird an dem Punkt durch die folgende Gleichung erhalten:

t = l₁-l₂ (1)

Wenn die Dicke des Blattes tatsächlich durch solch ein bekanntes Blatt dicken-Meßgerät gemessen wird, kann sie jedoch ohne Schwierigkeiten mit ei ner Genauigkeit bis zu annähernd 1/100 mm bestimmt werden; aber es entsteht eine gewisse Mühe, wenn sie mit einer Genauigkeit bis zu annähernd 1/1000 mm gemessen werden soll. Diese Schwierigkeit tritt besonders merkbar auf, wenn sie während einer Bewegung des Sensors bezüglich der metallischen Grundplat te gemessen wird.

Wenn beispielsweise vom Sensoraufbau 5 die Oberfläche der metallischen Grundplatte 1, ohne daß das Blatt 2 darauf gelegt ist, abgetastet wird und in diesem Zeitpunkt die Charakteristik des magnetischen Sensors 3 und die Charakteristik des optischen Sensors 4 aufgezeichnet werden, ergeben sich das magnetische Ausgangssignal und das optische Ausgangssignal in den Ab tastpositionen, die in Fig. 6 gezeigt sind. Fig. 6 (A) stellt ein Beispiel für die Charakteristik des magnetischen Sensors 3 und Fig. 6 (B) für die Charakteristik des optischen Sensors 4 dar. Da der magnetische Sensor 3 und der optische Sensor 4 dieselbe Oberfläche ausmessen, müßten die Charakteri stik des magnetischen Sensors 3 und die des optischen Sensors 4 in diesem Fall dieselbe Gestalt annehmen; wie jedoch bei einem Vergleich der Fig. 6 (A) mit Fig. 6 (B) ersichtlich ist, ändert sich die Charakteristik des ma gnetischen Sensors 3 in weitem und kompliziertem Maße, wenn sie mit der des optischen Sensors 4 verglichen wird. Aus verschiedenen Experimenten, Litera turstellen und Studien können Annahmen über die Ursachen gemacht werden; es wird in Betracht gezogen, daß die örtliche Magnetisierung und die unregelmä ßige Qualität der Materialien für die metallische Grundplatte die Ursachen eines Fehlers des magnetischen Sensors zu sein scheinen. Wenn für die metal lische Grundplatte ein magnetisches Material verwendet, ein Magnet teilweise angeheftet und die Grundplatte örtlich (um mehrere Gauß) magnetisiert und abgetastet wird, weisen die Signale, die von dem den Magnetismus ausnutzen den Sensor abgegeben werden, eine Schwankung von mehreren Zehnern eines Mi krons auf. Wenn die Oberfläche der Grundplatte von einem magnetischen Induk tions-Meßgerät, einem sog. "Gaußmesser" geprüft wird, tritt eine Position mit einer sehr großen Änderung zutage, selbst wenn das vom Sensor abgegebe ne Signal keine Schwankung zeigt (bei einer Auflösung des "Gaußmessers" von 0,1 Gauß). Ein ähnliches Problem tritt selbst dann auf, wenn als metallische Grundplatte ein nichtmagnetisches Material und ein auf Wirbelströme anspre chender, magnetischer Sensor benutzt werden. Dieser Fehler des ein Magnet feld ausnutzenden Sensors wird somit als Störung für eine Erhöhung der Meß genauigkeit des Blattdicken-Meßgerätes dieser Art betrachtet.

Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Blattdicken-Meßgerät vorzusehen, bei dem die oben beschriebenen, bekannten Probleme ausgeschaltet werden können.

Übersicht über die Erfindung

Gemäß einem Gesichtspunkt dieser Erfindung ist ein Blattdicken-Meßgerät zur Messung der Dicke eines Blattes vorgesehen, das eine metallische Grund fläche zum Haltern des Blattes, einen auf Metall ansprechenden Sensor, der oberhalb der metallischen Grundfläche angeordnet ist, um einen Abstand bis zu der metallischen Grundfläche berührungslos zu messen, einen optischen Sensor, der oberhalb der metallischen Grundfläche angeordnet ist, um einen Abstand bis zu der metallischen Grundfläche oder einer Oberseite des auf der metallischen Grundfläche gehalterten Blattes berührungslos zu messen, und eine Vorrichtung enthält, um die Dicke des Blattes auf der Basis des Abstan des, der von dem auf Metall ansprechenden Sensor gemessen ist, und des Ab standes zu errechnen, der vom optischen Sensor gemessen ist.

Gemäß einem anderen Gesichtspunkt dieser Erfindung ist ein Blattdicken- Meßgerät zum Messen der Dicke eines Blattes auf der Basis von den Abstands meßwerten eines ein Magnetfeld ausnutzenden Sensors und eines optischen Sen sors vorgesehen, wobei der das Magnetfeld ausnutzende Sensor und der opti sche Sensor das auf der metallischen Grundfläche befindliche Blatt der Länge nach abtasten; dieses Blattdicken-Meßgerät enthält Speicher zur Aufbewahrung eines Korrektur-Meßwertes, der auf einem Abstandsmeßwert be ruht, der längs der metallischen Grundfläche von mindestens einem ein Ma gnetfeld ausnutzenden Sensor und dem optischen Sensor in dem Zustand gemes sen ist, in dem das Blatt nicht aufgelegt wird, und Korrekturmittel zum Kor rigieren mindestens des Abstandsmeßwertes, der von dem das Magnetfeld aus nutzenden Sensor unter den von ihm und dem optischen Sensor in dem Zustand gemessenen Abstandsmeßwerten gemessen ist, in dem das Blatt auf die metalli sche Grundfläche gelegt ist, wobei der in den Speichern aufbewahrte Meßwert korrigiert wird.

Diese Erfindung sei nun ausführlicher im Hinblick auf bevorzugte Aus führungsformen erläutert, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschau licht sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch in einer Vorderansicht den Aufbau eines Blattdicken-Meßgerätes gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung,

Fig. 2 zeigt schematisch als Seitenansicht den Aufbau des Blattdicken- Meßgerätes der Fig. 1,

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das schematisch die Form der Steuerung des Blattdicken-Meßgerätes der Fig. 1 und 2 zeigt,

Fig. 4 ist eine Ansicht, um den Datensammelzustand der Sensoren bei einer Speicherabtastung eines Bezugswertes durch die Steuerung der Fig. 3 zu erläutern,

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Prinzips des bekannten Blattdicken-Meßgerätes, und

Fig. 6 ist eine Ansicht, um eine Schwankung der Abstandsmeßwerte eines ein Magnetfeld ausnutzenden Sensors und eines optischen Sensors des Blatt dicken-Meßgerätes der Fig. 5 als Beispiele wiederzugeben.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine metallische Grundplatte 11 hori zontal zwischen beiderseitigen Tragständern 10 gehaltert. Diese metallische Grundplatte 11 kann aus einem magnetischen, metallischen Material oder aus einem nichtmagnetischen, metallischen Material, z. B. Aluminium, Kupfer, rostfreiem Stahl usw. angefertigt sein, was von der Art der gerade angewen deten, magnetischen Sensoren (mit einem statischen Magnetfeld arbeitender Sensor, mit Wirbelströmen arbeitender Sensor usw.) abhängt. Oberhalb der me tallischen Grundplatte 11 ist zwischen den Tragständern 10 ferner ein lini enförmiges Lager 12 in einem Intervall parallel abgestützt. An dem linien förmigen Lager 12 ist ein Dickensensor 50 im Gleitsitz getragen, der eine Kombination aus einem ein Magnetfeld ausnutzenden Sensor und einem optischen Sensor ist. Der Dickensensor 50 ist mit einer Kette 15 verbunden, die an Kettenrädern 14 eingreift, die von einem abtastenden Schrittschaltmotor 13 angetrieben werden, um bei der Arbeit des abtastenden Schrittschaltmotors 13 den Dickensensor 50 längs des linienförmigen Lagers 12 zu bewegen. Nahe an dem linken Kettenrad 14 der Fig. 1 ist ein Näherungsschalter 16 zur Wahr nehmung der Nullstellung angeordnet.

Bei dem oben erläuterten Blattdicken-Meßgerät dieser Erfindung wird der Verlauf der magnetischen Charakteristik der metallischen Grundplatte 11, die eine Ursache für einen Fehler des den Magnetismus ausnutzenden Sensors ist, wie unten, in dem Zustand ausgelesen, in dem sich kein Blatt auf der metal lischen Grundplatte 11 befindet, ehe die Dicke des auf der metallischen Grundplatte 11 befindlichen Blattes gemessen wird.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, weist die Steuerung einen zentralen Prozessor CPU auf, der hauptsächlich aus einem Mikrocomputer zusammengesetzt ist, einen Speicher 17 zur Aufbewahrung verschiedener Meßdaten, einen Ver stärker 18 zur Verstärkung eines Abstandsmeßsignals des das Magnetfeld aus nutzenden Sensors 51 des Dickensensors 50, einen Verstärker 19 zur Verstär kung eines Abstandsmeßsignals des optischen Sensors 52 des Dickensensors 50, Analog/Digitalwandler 20 und 21 zur Umwandlung der analogen Abstandsmeßsi gnale, die von den Verstärkern 18 und 19 verstärkt werden, in digitale Da ten, eine Motorsteuerschaltung 22 zur Beeinflussung der Arbeitsweise eines abtastenden Schrittschaltmotors 13, eine Ein-/Ausgabeschaltung 23 für den Näherungsschalter 16, der die Nullstellung wahrnimmt, und andere Begren zungsschalter 16 A (die in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigt sind), und eine Ausgabeschaltung 24 auf, die ein Meßergebnis an eine Kathodenstrahlröhre, ein Schreibgerät oder einen Drucker usw. liefert.

Zuerst führt der zentrale Prozessor CPU einen Befehl dem Schrittschalt motor 13 zu, damit der Dickensensor 50 an die Nullstellung gebracht wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird der abtastende Schrittschaltmotor 13 in die Lage geschaltet, in der der die Nullstellung wahrnehmende Näherungs schalter 16 von dem Dickensensor 50 betätigt wird, um den Dickensensor 50 zu bewegen. Von der Nullstellung aus wird sie dann durch den Dickensensor 50 ab getastet. Diese Abtastung bezeichnet man als "Speicherabtastung", um einen Bezugswert abzulesen. Jedesmal wenn der Dickensensor 51 von dem abtastenden Schrittschaltmotor 13 um einen vorgegebenen Abstand weitergeführt wird, wird das Abstandsmeßsignal des das Magnetfeld ausnutzenden Sensors 51 über den Verstärker 18 und den Analog/Digital-Wandler 20 in Form digitaler Daten im Speicher 17 abgelegt, und das Abstandsmeßsignal des optischen Sensors 52 wird über einen Verstärker 19 und den Analog/Digital-Wandler 21 ebenfalls in Form digitaler Daten im Speicher 17 untergebracht. Im einzelnen werden die an den jeweiligen Punkten gemessenen Daten mit Hilfe des Prozessors CPü in dem Speicher 17 als Bilder aufbewahrt, wie in den Fig. 4 (A) und 4 (B) gezeigt ist, während der Dickensensor 50 die metallische Grundplatte 11 ab tastet, auf der kein Blatt aufgelegt ist. Fig. 4 (A) gibt eine Schwankung von den gemessenen Daten an den jeweiligen Meßpunkten des das Magnetfeld ausnutzenden Sensors 51 an; Fig. 4 (B) zeigt eine Schwankung der gemessenen Daten an den jeweiligen Meßpunkten des optischen Sensors 52. Die Abstands meßwerte des das Magnetfeld ausnutzenden Sensors 51 an den jeweiligen Meß punkten (der Abstand von der Oberseite der metallischen Grundplatte 11 bis zu dem das Magnetfeld ausnutzenden Sensor 51) sind l _1std, und die Abstands meßwerte des optischen Sensors 52 (der Abstand zu der Oberseite der metalli schen Grundplatte 11) sind l _2std.

Beim nächsten Mal wird das Abtasten (was als "Meßabtastung" bezeichnet wird) in dem Zustand durchgeführt, in dem das auszumessende Blatt auf die metallische Grundplatte 11 gelegt ist. Der Dickenmesser 50 wird wieder von der Nullstellung aus bewegt; jedesmal wenn er bei den jeweiligen Meßpunkten ankommt, errechnet der zentrale Prozessor CPU die Differenz-Änderungen Δ l₁ und Δ l₂ zwischen den bei der vorherigen Speicherabtastung eingegebenen Be zugswerten l _1std und l _2std nach den folgenden Gleichungen:

Δ l₁ = l _1std-l _1MES (2)

Δ l₂ = l _2std-l _2MES (3)

in denen der Abstandsmeßwert des ein Magnetfeld ausnutzenden Sensors 51 (also der Abstand zu der Oberseite der metallischen Grundplatte 11) l _1MES und der Abstandsmeßwert des optischen Sensors 52 (also der Abstand zu der Oberseite des Blattes) l _2MES beträgt.

Aus den Ergebnissen wird die Dicke t des Blattes nach der folgenden Gleichung erhalten:

t = Δ l₂-Δ l₁ (4)

Folglich kann der nachteilige Einfluß der metallischen Grundplatte 11 auf den das Magnetfeld ausnutzenden Sensor 51 ausgeschaltet werden.

Selbst wenn der Bezugswert l _2std des optischen Sensors 52 bei der dem Bezug dienenden "Speicherabtastung" nicht zu den jeweiligen Zeiten gespeichert wird, kann er doch theoretisch errechnet werden. In diesem Fall muß der Abstand zwischen dem Dickensensor 50 und der metallischen Grundplatte 11 in jeder Abtastposition gleich gehalten werden. Bei der oben erläuterten Ausführungsform werden die Bezugswerte l _1std und l _2std in dem Speicher 17 aufbewahrt. Die Dicke t des Blattes kann jedoch durch die folgende Gleichung:

t _std = l _1std-l _2std (5)

aus den Daten l _1MES und l _2MES im Zeitpunkt der dem Messen dienenden Abtastung in der Weise erhalten werden, daß t _std gemäß der folgenden Gleichung errechnet und gespeichert wird:

t = l _1MES-l _2MES-t _std (6)

Mit Hilfe dieses Verfahrens kann die Kapazität des Speichers 17 um die Hälfte oder weniger verringert werden.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurde die "Speicherabta stung" des Bezugswertes nur als Abtastung in einer einzigen Richtung erläu tert. Um die Genauigkeit zu verbessern, kann die "Speicherabtastung" des Bezugswertes jedoch von einem hin- und hergehenden Dickensensor ausgeführt werden. Ferner wird bei der obigen Ausführungsform der Schrittschaltmotor als Abtastkraftquelle für den Dickensensor 50 verwendet; der Antrieb und die Lageeinstellung werden in dem als offene Schleife gebildeten System gelenkt. Diese können jedoch in einem Rückkopplungssystem mit einem Servomotor und einem drehbaren Codierer ausgeführt werden.

Bei der oben erklärten Ausführungsform wird die metallische Grundplatte als Bezugsmeßfläche benutzt. Ein gewisses zu messendes Material hat jedoch eine Abneigung gegen die Berührung mit der Platte. In diesem Fall muß die auszumessende Bezugsfläche eingerollt werden. Sobald die auszumessende Be zugsfläche gerollt wird, wird die Änderung der relativen Position zwischen dem Dickensensor und der Rollfläche nicht nur auf die Abtastrichtung, son dern auch auf die Komponente in der Drehrichtung der Rolle angewendet. Dem entsprechend muß in Spiral- bzw. Schraubenform gespeichert und gemessen wer den, um dieselbe Position der Rollenoberfläche abzutasten. Zu diesem Zweck ist es nötig, zusätzlich einen Sensor (drehbaren Codierer) zum Messen des Drehweges der Rolle und einen Sensor zum Messen des Ursprungs- oder Nullstel lungssignals der Drehrichtung anzubringen. Wenn die Geschwindigkeit und der Ausgangspunkt der Bewegung des Dickensensors in passender Weise synchron zu dem Drehweg der Rolle in Übereinstimmung mit dem Drehwegsignal und dem Ursprungs- oder Nullstellungssignal eingestellt werden, kann auch dieselbe Rollenoberfläche abgetastet werden.

Darüberhinaus kann der ein Magnetfeld ausnutzende Sensor der oben er läuterten Ausführungsform ein mit einem statischen Magnetfeld arbeitender Sensor, ein Wirbelstromsensor usw. sein; an ihrer Stelle kann auch ein mit hochfrequenten Schwingungen arbeitender Sensor benutzt werden.

Gemäß dieser Erfindung kann der Fehler der Abstandsmessung des ein Ma gnetfeld ausnutzenden Sensors in dem Blattdicken-Meßgerät zur Messung der Blattdicke auf der Grundlage der Abstandsmeßwerte des ein Magnetfeld ausnut zenden Sensors und des optischen Sensors korrigiert werden, wenn der ein Magnetfeld ausnutzende Sensor und der optische Sensor längs des Blattes auf der metallischen Grundplatte zur Abtastung entlanggeführt werden. Daher kann die Meßgenauigkeit der Blattdicke verbessert werden.

Claims

1. Blattdicken-Meßgerät zur Messung der Dicke eines Blattes mit einer me tallischen Grundfläche zum Haltern des Blattes, mit einem auf Metall anspre chenden Sensor, der oberhalb der metallischen Grundfläche zum berührungslo sen Messen eines Abstandes bis zu der metallischen Grundfläche angeordnet ist, mit einem optischen Sensor, der oberhalb der metallischen Grundfläche zur berührungslosen Messung eines Abstandes bis zu der metallischen Grund fläche oder bis zu einer Oberseite des auf der metallischen Grundfläche ge halterten Blattes angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Berechnung der Dicke des Blattes auf der Grundlage des Abstandes, der von dem auf Me tall ansprechenden Sensor gemessen ist, und des Abstandes, der von dem opti schen Sensor gemessen ist.

2. Blattdicken-Meßgerät zur Messung der Dicke eines Blattes auf der Grund lage von Abstandsmeßwerten eines ein Magnetfeld benutzenden Sensors und ei nes optischen Sensors, wenn diese beiden Sensoren das auf einer metallischen Grundfläche befindliche Blatt in seiner Längsrichtung abtasten, mit einem Speicher zur Ablage eines korrigierenden Meßwertes, der auf einem Abstands meßwert beruht, der längs der metallischen Grundfläche von wenigstens dem ein Magnetfeld benutzenden Sensor der Kombination aus dem das Magnetfeld benutzenden Sensor und dem optischen Sensor in dem Zustand gemessen ist, in dem das Blatt nicht aufgelegt ist, und mit Korrekturmitteln zum Korrigieren mindestens des Abstandsmeßwertes, der von dem das Magnetfeld benutzenden Sensor unter Abstandsmeßwerten gemessen ist, die von der Kombination aus dem das Magnetfeld benutzenden Sensor und dem optischen Sensor in dem Zustand gemessen sind, in dem das Blatt auf die metallische Grundfläche aufgelegt ist, wobei der korrigierende Meßwert im Speicher abgelegt ist.

3. Blattdicken-Meßgerät, wie im Anspruch 2 beansprucht, bei dem der ein Magnetfeld benutzende Sensor einen mit einem statischen Magnetfeld arbeiten den Sensor enthält.

4. Blattdicken-Meßgerät, wie im Anspruch 2 beansprucht, bei dem der ein Magnetfeld benutzende Sensor einen mit Wirbelströmen arbeitenden Sensor ent hält.

5. Blattdicken-Meßgerät, wie im Anspruch 2 beansprucht, bei dem der ein Magnetfeld benutzende Sensor einen mit hochfrequenten Schwingungen arbeiten den Sensor enthält.