DE4111424A1 - Verfahren und vorrichtung zur welligkeitsmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Planheits- bzw. Welligkeitsmessen eines Bahn- oder Folienabschnittes aus gewalztem Metall oder extrudiertem Kunststoff.

Derartige Bahnen müssen für bestimmte Verwendungszwecke mit hoher Planheit bereitgestellt werden, beispielsweise gilt dies für Aluminiumfolien zur Verwendung in der Litho­ technik. Beim Produktionsprozeß, insbesondere beim Be­ schneiden der Kanten und beim Aufwickeln auf Coils besteht jedoch die Gefahr, daß je nach Art der Folie und der Pro­ zeßführung im Kantenbereich oder auch im Mittenbereich Welligkeiten auftreten, die die gewünschte Funktion behin­ dern.

Daneben sollen derartige Bahnen oder Folien in der dem Abnehmer zugesicherten Breite geliefert werden, wobei es im Interesse des Herstellers liegt, keine Mehrmengen in­ folge ungenauer Toleranzen abzugeben.

Für die Planheit bzw. Welligkeit sind bestimmte Defini­ tionen gegeben, wobei unmittelbar kennzeichnende Werte zum einen die größte Wellenhöhe und zum anderen die Zahl der Wellen pro Längeneinheit sind. Hieraus können weitere kennzeichnende Werte rechnerisch abgeleitet werden.

Nach dem Stand der Technik ist es üblich, einen zu ver­ messenden Bahnabschnitt auf einen Meßtisch aufzulegen, an den seitlichen Kanten unter die erkennbaren Wellenberge Meßkeile nach Art von Fühlerlehren unterzuschieben, bzw. im Bahnmittenbereich derartige gestufte Meßkeile auf Wel­ lentäler zu setzen und die Wellenhöhe anhand eines aufge­ legten, die Wellenberge tangierenden Meßlineals zu er­ mitteln. Die Messung der Bahnbreite erfolgt bei dieser Methode manuell mit einem Maßstab. Die Art der Messung unterliegt subjektiven Einflüssen. Das Aufsetzen der Keile auf die Wellenformationen verfälscht die Messung.

Für andere Anwendungszwecke ist bereits ein Meßtisch be­ kannt, der einen sich quer über die Tischplatte er­ streckenden Meßbalken, der doppelt schienengeführt längs über die Tischplatte verfahrbar ist und an dem eine Mehr­ zahl von Meßköpfen in gleichmäßigem Abstand zur berüh­ rungslosen vertikalen Abstandsmessung angeordnet sind, aufweist. Ein notwendiger Mindestabstand der Meßköpfe allein aufgrund ihrer Eigenmaße verhindert eine freie Wahl der Lage der Meßspuren und die Auswahl eng aneinanderlie­ gender Meßspuren. Bei einer abweichenden Breite oder bei einer seitlichen Fehllage des Folienabschnittes werden hierbei bezüglich der besonders signifikanten Messungen im Kantenbereich, wo die Wellen am größten sind, Fehlmessun­ gen erfolgen, die dementsprechend zu einer Fehlbeurteilung der Qualität führen. Die Breitenmessung ist hierbei nicht automatisch möglich und muß wie oben manuell mittels eines Maßstabes erfolgen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die verbesserte Meßergebnisse liefern, Fehlmessungen auf­ grund von Breitenabweichungen oder Fehllagen ausschließen und mit denen alle gewünschten Meßwerte mechanisiert er­ mittelt werden können.

Die Lösung hierfür besteht in einem Verfahren zum Wellig­ keits- bzw. Planheitsmessen eines Bahn- oder Folienab­ schnittes der genannten Art, das sich dadurch auszeichnet, daß der Meßtisch mit dem Meßkopf in seiner Welligkeit eingemessen wird, daß über seitliche Kantenpositionser­ fassung durch zumindest eine Messung in Querrichtung die Lage des Folienabschnittes auf dem Meßtisch ermittelt wird und daß im Bereich des Folienabschnittes in Längsrichtung mehrere Messungen durchgeführt und die Welligkeitswerte unter Berücksichtigung der ermittelten Meßtischwelligkeit berechnet werden.

Ein erster wesentlicher Beitrag zur Verbesserung der Meß­ werte liegt hierbei in der Eichmessung des Meßtisches selber, die nur in größeren zeitlichen Abständen durchzu­ führen ist, wobei die ermittelten Meßwerte in einem Daten­ speicher abgelegt werden. Bei einer gängigen Fertigungs­ genauigkeit einer gefrästen Graugußtischplatte von ± 0,3 mm und einer Erfassung und Bewertung von Wellen über 0,5 mm Höhe ist dies für eine fehlerfreie Bewertung erforder­ lich, da hiernach Ungenauigkeiten im Toleranzfeld des Tisches bereits als Welligkeit einer eben aufliegenden Folie angesehen werden würden. Derartige Eichmessungen sind nur von Zeit zu Zeit zu wiederholen, um alte­ rungs- und verschleißabhängige Veränderungen an der Vor­ richtung zu erfassen und gegebenenfalls bei den Meßergeb­ nissen berücksichtigt werden zu können. Eine derartige Eichmessung wird in einem engen Raster von Meßpunkten durchgeführt, beispielsweise im Zentimeterabstand, um unabhängig von der Zahl und Lage der späteren Messungen der Bahn in Längsrichtung Korrekturwerte für alle Messun­ gen zur Verfügung zu halten.

Ein zweiter gleichfalls bedeutender Beitrag zur Verbesse­ rung des Meßergebnisses liegt darin, daß eine Messung der Kantenpositionen des Folienabschnittes erfolgt, um zum einen hieraus unmittelbar die Bahnbreite als zu über­ wachende Größe zu ermitteln und zum anderen die in Längs­ richtung erfolgenden Welligkeitsmessungen in einem richti­ gen Abstand zur Bahnkante, z. B. im Abstand von 1 mm durchführen zu können. Selbst wenn die Folienbahn an einer seitlichen Anschlagkante korrekt angelegt ist und der richtige Kantenabstand für die Messung hier leicht einzu­ stellen ist, ist auf diese Weise auch die Messung an der gegenüberliegenden Kante mit dem richtigen Kantenabstand unabhängig von der gegebenenfalls variierenden Bahnbreite der Bahnen möglich. Nach diesem Verfahrensschritt sind auch Korrekturen von Fehllagen der Bahnkante bezüglich der Anschlagkante möglich, sofern nicht deutliche Schräglagen zur Tischlängsachse vorkommen. Wenn die erfindungsgemäße Kantenpositionserfassung jedoch am vorderen und am hinte­ ren Ende des Folienabschnittes erfolgt, was gleichfalls möglich ist, wären auch solche Schräglagen erfaßbar und über eine Fehlermeldung anzuzeigen. Da die Erfassung der Kantenlage durch die Messungen in Querrichtung den Wellig­ keitsmessungen in Längsrichtung jeweils vorausgehen, wäre der Meßvorgang hier abzubrechen und die Lage bezüglich der Anschlagkante zu korrigieren.

Werden zwei Anschlagkanten vorgesehen, können aufgrund der Festlegung der Meßspuren von der Kantenposition aus gleichzeitig Messungen an zwei schmaleren Bahnen ohne Unterbrechung der Meßvorgänge durchgeführt werden, indem jeweils eine Bahn mit ihrer äußeren Bahnkante an eine der Anschlagkanten angelegt wird.

Nach einer weiteren Verbesserung des Verfahrens kann in Abhängigkeit von der mit dem vorangehenden Verfahrens­ schritt zugleich rechnerisch zu ermittelnden Bahnbreite die Anzahl der Meßspuren in Längsrichtung automatisch vorgegeben werden, die bei schmaleren Bahnen außer den beiden Kantenmessungen mit vorgegebenen Kantenabstand eine einzige mittlere Meßspur umfassen, während bei breiteren Bahnen über 900 mm Breite zwischen den beiden Kantenspuren drei weitere Spuren mit untereinander gleichem Abstand gemessen und unter Berücksichtigung der Welligkeitswerte des Meßtisches korrigiert und abgespeichert werden. Die Speicherwerte lassen sich in analogen Meßschreiben aus­ drucken oder bei einer Erfassung einer höheren Anzahl von beispielsweise 10 bis 25 Meßspuren graphisch in soge­ nannter 2 1/2 D-Darstellung als Höhenfläche darstellen.

Je nach den Anforderungen des Anwendens können die Messun­ gen an den Bahnen auch mit besonders eng gelegten Meßspu­ ren im 1 cm-Abstand über die ganze Bahnbreite erfolgen oder sich auf als Signifikat bekannte Bahnabschnitte be­ schränken.

In günstiger Ausgestaltung des Verfahrens wird mittels eines Prozeßrechners bei der Berechnung ein Glättungsal­ gorithmus zur Unterdrückung von kleinsten Wellen, insbe­ sondere solchen unter 0,5 mm Höhe verwendet. Mit weiteren Algorithmen kann die maximale Wellenhöhe, die mittlere Wellenzahl pro Längeneinheit und die Welligkeit W in Pro­ zent nach der Formel W=h/l · 100, wobei h die maximale Wellenhöhe und l der Abstand von der höchsten Welle bis zur nächsten, die zumindest h/2 hat, bedeutet, errechnet werden. Nach entsprechendem Algorithmus kann weiterhin der sogenannte Flatness-Index berechnet werden.

Wird der Prozeßrechner mit einer Datenverarbeitungsanlage mit größerer Speicherkapazität verbunden, ist es möglich, dort sämtliche Meßdaten über längere Zeiträume zu speichern oder auf Datenspeicher auszulagern. Hiermit entsteht die Möglichkeit zu langfristiger Dokumentation einer Fertigung und statischen Auswertungen. Wenn hierbei zu bestimmten Meßdatensätzen die Meßprozedur wiederaufruf­ bar abgelegt ist, können Vergleichsmessungen zum Beispiel im Fall von Reklamation bezüglich vor der Auslieferung bereits gemessener Produkte durchgeführt werden.

Ein geeigneter Meßtisch zum Planheits- bzw. Welligkeits­ messen eines Bahn- oder Folienabschnittes der genannten Art weist ein Gestell und eine Tischplatte sowie einen sich quer über die Tischplatte erstreckenden Meßbalken, der doppelt schienengeführt längs über die Tischplatte verfahrbar ist, mit zumindest einem daran befestigten Meßkopf zur berührungslosen vertikalen Abstandsmessung auf und zeichnet sich dadurch aus, daß der zumindest eine Meßkopf zur Kantenpositionsermittlung des Bahn- oder Fo­ lienabschnittes längs des Meßbalkens verfahrbar an diesem angeordnet ist, daß zumindest im Kantenbereich der Tisch­ platte eine senkrecht zur Tischkante - d. h. parallel zum Meßbalken - sich erstreckenden Nut zur Erzeugung eines Sprung- oder Stufensignals an einer Bahnkante vorgesehen ist, und daß Positions- oder Wegaufnehmer für die Er­ fassung der Lage des Meßbalkens gegenüber der Tischplatte und für die Erfassung der Lage des Meßkopfes gegenüber der Längsrichtung des Meßbalkens vorgesehen sind. Zur Erleich­ terung beim Ausrichten des Folienabschnittes ist vorzugs­ weise eine auf die Platte aufgesetzte Anschlagkante in Längsrichtung parallel zu einer Tischkante vorgesehen.

Hierbei ist es möglich, ohne die korrekte Auflage des Folienabschnittes auf der Tischplatte zu beeinträchtigen, ein einwandfreies Signal über die Kantenlage des Folienab­ schnittes zu erhalten, indem ein Abfahren der Nut durch den Meßkopf an der Kante ein deutliches Sprungsignal er­ zeugt. Über die Erzeugung eines entsprechenden Sprungsig­ nals an der gegenüberliegenden Seitenkante und die Meßwer­ te des Positions- oder Wegaufnehmers für die Lage des Meßkopfes gegenüber der Längsrichtung des Meßbalkens ist somit unmittelbar auch die Bahnbreite zu errechnen. Sofern nur dieser Wert von Interesse ist, kann der Meßvorgang hiernach bereits abgebrochen und der Meßkopf in eine Null­ position, vorzugsweise in einen Eckbereich der Tisch­ platte, zurückgefahren werden.

In vorgegebenem exaktem Abstand zu den beiden Kantenposi­ tionen werden anschließend zumindest die beiden Meßspuren längs der Kanten abgefahren. Die abgefahrenen Spuren sollten zur Vermeidung von Fehlern infolge eines Einbe­ ziehens des sogenannten Coilsets in die Messung kürzer sein als der zur Verfügung stehende oder ausgewählte Fo­ lienabschnitt in Längsrichtung.

Zur weiteren Verbesserung der Meßgenauigkeit ist es in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, die Tischplatte mit einem Raster von Durchgangsbohrungen zu versehen, wodurch Lufteinschlüsse unter dem Folienabschnitt, die zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen könnten, vermieden werden. Nach dem Auflegen des Folienabschnittes ist vor der Messung ein gewisser Zeitabstand zu wahren, beispiels­ weise 30 Sekunden, damit eingeschlossene Luft durch den Tisch abziehen kann, bevor mit der Messung begonnen wird.

Für den Fall, daß die Folie entweder zu leicht oder zu eigensteif ist, um ursprünglich vorhandene Lufteinschlüsse zu verdrängen, kann alternativ oder in Ergänzung zum vor­ hergenannten Merkmal in weiterer Ausgestaltung eine am Meßbalken parallel zu diesem verlaufende und an diesem angeordnete absenkbare Walze, insbesondere mit einer Auf­ lage aus Moosgummi vorgesehen sein. Vor dem Vorgang der Breiten- und Höhenmessung ist dementsprechend hierbei zunächst die Walze abzusenken, zumindest einmal in Längs­ richtung über die Folie zu fahren, danach die Walze anzu­ heben und erst danach der eigentliche Meßvorgang einzulei­ ten.

Die bevorzugte Ausführung des Meßkopfes ist ein Lasermeß­ kopf, dessen unter einem Winkel auf die reflektierende Folie einfallender Laserstrahl von einer lichtempfind­ lichen Sensorik erfaßt wird, wobei Höhenänderungen zu seitlichen Auswanderungen des reflektierten Strahls und damit zu einem veränderten Empfangssignal führen, aus dem sich der vertikale Abstand unmittelbar berechnen läßt. Vorteil der Lasermeßtechnik ist der sehr kleine Meßfleck mit deutlich weniger als 1 mm Durchmesser, mit dem dement­ sprechend die genaue Messung in geringem Kantenabstand möglich wird.

Sofern die Oberfläche der Folie oder Bahn für die optische Messung nicht geeignet ist, beispielsweise bei einer lackierten Oberfläche, kann auch der Meßkopf auf der Ultraschallmeßtechnik aufbauen. Aufgrund des wesentlich größeren Meßfleckes ist damit jedoch die Kantenpositions­ erfassung, die ein reproduzierbares Sprungsignal erfor­ dert, nicht möglich. Hierfür wäre der Ultraschallmeßkopf mit anderen Meßmitteln, beispielsweise mit einem mecha­ nischen Taster oder einem kostengünstigen Laser zu er­ gänzen.

Die genannten Weggeber am Antrieb für den Meßbalken und am Antrieb für den Meßkopf sind vorzugsweise an den Drehan­ triebselementen der entsprechenden Antriebe geschützt und gekapselt anzuordnen und vor der Inbetriebnahme der Vor­ richtung auf eine Nullposition des Meßkopfes zu normieren.

Weitere Einzelheiten der Erfindung, insbesondere die kon­ struktive Ausgestaltung des Meßtisches, werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen erläutert. Hierin zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht des Meßtisches;

Fig. 2 eine Stirnansicht des Meßtisches;

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Meßtisch.

Übereinstimmende Einzelheiten sind in den Figuren mit gleichen Ziffern bezeichnet und werden nachstehend erläu­ tert.

In den Figuren ist jeweils die Tischplatte 1 mit einem zehnbeinigen ausgesteiften Tischgestell 2 erkennbar, wobei mit Abstand von der Tischplatte 1 ein Meßbalken 3 sich quer über den Tisch erstreckt. In den Fig. 2 und 3 sind am Ende des Meßbalkens angeordnete Wangen sichtbar, an denen Führungsschlitten 4, 5 befestigt sind, die auf seit­ lich an der Tischplatte angeordneten Führungsschienen 6, 7 laufen. In den Führungsschienen sind umlaufende Zahnriemen integriert, die mit ihren Enden an den Führungsschlitten 4, 5 befestigt sind und die jeweils über an den Enden angebrachte Antriebsrolleneinheiten 8, 9 bzw. Umlenk­ rolleneinheiten 10, 11 geführt sind. Die Antriebsrollen­ einheiten 8, 9 sind über eine Achse 12 miteinander verbun­ den und werden von einer Antriebsmotoreinheit 13 angetrie­ ben. An der Umlenkrolleneinheit 11 ist ein Geber 14 für die Erfassung der Wegänderung des Meßbalkens 3 gegenüber dem Tisch angeordnet. Am Meßbalken 3 ist ein Schlitten 15 mit mehreren Führungsrollen verfahrbar angeordnet, an dem ein Meßkopf 16 befestigt ist. Der Antrieb des Schlittens 15 erfolgt über eine querliegende Kugelspindel, die nicht im einzelnen dargestellt ist und von einem zweiten An­ triebsmotor 17 unterhalb des Meßbalkens angetrieben wird. Am Ende der Kugelspindel ist ein Geber 18 vorgesehen, der die Position des Schlittens 15 relativ zum Meßbalken 3 erfaßt. Die Energieversorgung und die Meßsignalrückführung vom Meßkopf 16 zum Meßbalken 3 erfolgt über ein flexible Kabelschlaufe 19, die Energieversorgung und Meßsignalrück­ führung vom Meßbalken zum Tisch über eine flexible Kabel­ schlaufe 20. Integriert mit den Führungsschienen 6, 7 sind an beiden Seitenkanten des Tisches jeweils Anschlagkanten 21, 22 vorgesehen. Horizontal über den Tisch verläuft an dem zur dargestellten Nullstellung des Meßbalkens liegen­ den Stirnende des Tisches die erfindungsgemäße Meßnut 23. Am entgegengelegenen Stirnende des Tisches ist ein Teil der Entlüftungsbohrungen 24 in der Tischplatte darge­ stellt. Parallel zum Meßbalken 3 mit Abstand zu diesem angeordnet ist eine vertikal verfahrbare Andrückwalze 25 erkennbar.

Bezugszeichenliste

 1 Tischplatte
 2 Tischgestell
 3 Meßbalken
 4 Führungsschlitten
 5 Führungsschlitten
 6 Führungsschiene mit Zahnriemen
 7 Führungsschiene mit Zahnriemen
 8 Antriebsrolleneinheit
 9 Antriebsrolleneinheit
10 Umlenkrolleneinheit
11 Umlenkrolleneinheit
12 Antriebsachse
13 Antriebsmotor
14 Umdrehungsgeber
15 Meßschlitten
16 Meßkopf
17 Antriebsmotor
18 Umdrehungsgeber
19 Kabelschlaufe
20 Kabelschlaufe
21 Anschlagschiene
22 Anschlagschiene
23 Meßnut
24 Lochung
25 Andrückwalze

Claims (14)

1. Verfahren zum Welligkeitsmessen eines Bahn- oder Fo­ lienabschnittes aus gewalztem Metall oder extrudiertem Kunststoff auf einem Meßtisch mittels zumindest eines Meßkopfes, dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßtisch mit dem Meßkopf bezüglich seiner Welligkeit eingemessen wird,
daß über seitliche Kantenpositionserfassung durch zumindest eine Messung in Querrichtung die Lage des Folienabschnittes auf dem Meßtisch ermittelt wird und
daß im Bereich des Folienabschnittes in Längsrichtung mehrere Messungen durchgeführt und die Welligkeitswer­ te unter Berücksichtigung der ermittelten Welligkeit des Meßtisches berechnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Kantenpositionsmessung die Breite der Bahn errechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen in Längsrichtung in einem vorgege­ benen Kantenabstand durchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß graphische Darstellungen nach Anwendung eines Glättungsalgorithmus zur Unterdrückung von kleinsten Wellen, insbesondere solchen unter 0,5 mm Höhe, er­ stellt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Wellenhöhe rechnerisch ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Wellenzahl pro Längeneinheit er­ rechnet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welligkeit W in Prozent gemäß der Formel
W=h/l · 100
errechnet wird, worin h die maximale Wellenhöhe, l die Wellenlänge von der Welle mit maximaler Höhe bis zur ersten Welle mit zumindest halb so großer Wellenhöhe h/2 bedeutet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Daten einer Messung zusammen mit den Daten der Meßprozedur in einem Datenspeicher einer Datenverar­ beitungsanlage abgespeichert werden,
daß die Werte der Meßprozedur zur Durchführung einer Vergleichsmessung abgerufen werden und
daß die Daten der zweiten Messung mit den Daten der ersten Messung rechnerisch und/oder in graphischer Darstellung verglichen werden.

9. Meßtisch zum Welligkeitsmessen eines Bahn- oder Fo­ lienabschnittes aus gewalztem Metall oder extrudiertem Kunststoff, mit einem Gestell (2) und einer Tisch­ platte (1) sowie einem sich quer über die Tischplatte erstreckenden Meßbalken (3), der doppelt schienenge­ führt längs über die Tischplatte verfahrbar ist, mit zumindest einem daran befestigten Meßkopf (16) zur berührungslosen vertikalen Abstandsmessung, dadurch gekennzeichnet,
daß der zumindest eine Meßkopf (16) zur Kantenpo­ sitionsermittlung des Bahn- oder Folienabschnittes längs des Meßbalkens (3) verfahrbar an diesem angeord­ net ist,
daß zumindest im Kantenbereich der Tischplatte (1) eine senkrecht zur Tischkante, d. h. parallel zum Meßbalken, sich erstreckende Nut (23) zur Erzeugung eines Sprung- oder Stufensignales an der Bahnkante vorgesehen ist und
daß Positions- oder Wegaufnehmer für die Erfassung der Lage des Meßbalkens gegenüber der Tischlänge (14) und für die Erfassung der Lage des Meßkopfes gegenüber der Längsrichtung des Meßbalkens (18) vorgesehen sind.

10. Meßtisch nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine auf die Tischplatte (1) aufgesetzte Anschlagkante (21, 22) in Längsrichtung parallel zu einer der Tischkanten vorgesehen ist.

11. Meßtisch nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Meßbalken (3) eine parallel zu diesem verlau­ fende und an diesem angeordnete absenkbare Walze (25) - insbesondere mit einer Auflage aus Moosgummi - zum Auspressen von Lufteinschlüssen unter dem Folienab­ schnitt vorgesehen ist.

12. Meßtisch nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tischplatte (1) mit einem Raster von Durch­ gangsbohrungen (24) zur Vermeidung von Luftein­ schlüssen unter dem Folienabschnitt vorgesehen ist.

13. Meßtisch nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf eine Lasermeßkopfeinheit umfaßt.

14. Meßtisch nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf eine Ultraschallmeßkopfeinheit umfaßt.