DE19905331A1

DE19905331A1 - Verfahren und Einrichtung zur Überwachung der seitlichen Position laufender Bänder

Info

Publication number: DE19905331A1
Application number: DE1999105331
Authority: DE
Inventors: Thomas Koelpin; Karl Heinz Gauglitz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2000-04-20

Abstract

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden Strömungen von Ultraschallenergie vom Sender (1) zu einem Empfänger (2) gerichtet. Abhängig von der seitlichen Positionierung des zu überwachenden Bundes (5) wird die Strömung (4) der Ultraschallenergie mehr oder weniger abgedeckt und der restliche Anteil (7) der Ultraschallenergie vom Empfänger (2) aufgenommen und hinsichtlich Intensität ausgewertet. Der Empfänger (2) der zugehörigen Überwachungseinrichtung ist mit einer entsprechend angepaßten Auswerteeinheit ausgestattet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Ein richtung zur Überwachung der seitlichen Position laufender Bänder.

Eine derartige Überwachung ist bei der Herstellung oder Ver arbeitung von bandförmigen Materialien erforderlich, z. B. von Kunststoff-Folien oder Papier, sowie beim Betrieb von Förder bändern. Ein Verlust des Geradeauslaufs führt bei diesen An wendungen in kurzer Zeit zu massiven Betriebsstörungen bis hin zur Zerstörung des eingesetzten Materials. Er muß deshalb schnell und zuverlässig erkannt werden, damit Abhilfemaßnah men eingeleitet werden können oder die Anlage stillgesetzt wird, um weitere Schäden zu vermeiden.

Eine erste bekannte Lösung dieser Aufgabe benutzt elektro mechanische Positionsschalter oder Weggeber, die über eine Anordnung aus Hebeln und Andruckrollen die seitliche Position des laufenden Bandes abfragen. Nachteilig sind dabei die be grenzte Lebensdauer der eingesetzten mechanischen Komponenten und die Kraftwirkung der Abfrageeinrichtung auf die Kante des Bandes, die bei empfindlichen Materialien zu Beschädigungen führen kann. Außerdem erlauben Positionsschalter lediglich eine binäre Erfassung, die zwar zur Auslösung einer Notab schaltung geeignet ist, aber keine kontinuierliche Regelung der seitlichen Position des laufenden Bandes im Sinne eines optimierten Prozesses ermöglicht.

Eine zweite bekannte Lösung der Aufgabe verwendet optische Näherungsschalter, die als Reflex-Lichttaster oder als Ein weg- oder Reflex-Lichtschranken die Anwesenheit des laufenden Bandes erfassen. Nachteilig sind hierbei die ebenfalls nur binäre Erfassung, die Abhängigkeit von Farbe und Reflexions grad des zu überwachenden Bandes sowie die generelle Empfind lichkeit optischer Systeme gegenüber Verschmutzungen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung der seitlichen Position laufender Bänder vorzuschlagen, mit dem ohne mechanische Ein wirkung eine hohe Zuverlässigkeit erreicht wird, wobei schon bei geringen Abweichungen vom Geradeauslauf regelnd einge griffen werden kann. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gemäß Anspruch 1 durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) von einem Sender für Ultraschallwellen werden Strömungen von Ultraschallenergie zu einem Empfänger für Ultraschall wellen gerichtet,
b) abhängig von der seitlichen Positionierung des Bandes in Bezug auf die Strömung der Ultraschallenergie wird von dem Band ein entsprechender Anteil der Ultraschallenergie ab gedeckt und
c) die vom ersten Empfänger aufgenommene Ultraschallenergie wird hinsichtlich ihrer Intensität und unter Berücksichti gung der vom ersten Sender in Richtung des ersten Empfän gers ausgesandten Ultraschallenergie ausgewertet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteran sprüchen 2 bis 7 zu entnehmen.

Die obengenannte weitere Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst, die einen Sender und einen Empfänger für Ultraschallwellen und eine Auswerteein heit im Empfänger aufweist, die die vom Empfänger aufgenom mene Ultraschallenergie hinsichtlich ihrer Intensität und un ter Berücksichtigung der vom ersten Sender in Richtung des ersten Empfängers ausgesandten Ultraschallenergie auswertet.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ein richtung besteht, wenn der erste Empfänger einen Ausgang auf weist, an dem ein Auswertesignal ansteht und der mit einer Positioniereinrichtung in Verbindung steht, mittels derer die Position des Bandes veränderbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Überwachung der seitlichen Position laufender Bänder,

Fig. 2 ein Strömungsprofil der Ultraschallwellen bei der Überwachungseinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm mit Darstellung der Überdeckungsfläche in Abhängigkeit des Überdeckungsgrades für eine Kreisfläche,

Fig. 4 eine Überwachungsanordnung mit zwei Einrichtungen gemäß Fig. 1 und

Fig. 5 eine Einrichtung einer Überwachungseinrichtung gemäß Fig. 1 mit einer Ausleitung von Ultraschall energie durch Reflexion an dem Band.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Überwachung der seitlichen Position eines Bandes 5 dargestellt, die einen Sender 1 und einen Empfänger 2 für Ultraschallwellen umfaßt. Der Sender 1 enthält einen Wandler 3, der eine Strömung von Ultraschall energie 4 in Richtung auf einen Wandler 8 des Empfängers 2 strahlt. Das hinsichtlich seiner Position zu überwachende Band 5, das in Fig. 1 im Querschnitt dargestellt ist, läuft senkrecht zur Zeichenebene und überdeckt in seiner seitlichen Soll-Lage einen Anteil 6 des Ausbreitungsweges der Ultra schallenergie 4. Der nicht vom Band 5 überdeckte Anteil der Ultraschallenergie, der zum Wandler 8 des Empfängers 2 ge langt, ist hier mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet. Dieser Anteil 7 wird nach Umwandlung der Ultraschallenergie in ein elektrisches Signal durch den Wandler 8 in einer Auswerte einheit des Empfängers 2 weiterverarbeitet und bewertet.

Solange sich die Kante 9 bei seitlichen Bewegungen des Bandes 5 innerhalb der Energieströmung vom Sender 1 zum Empfänger 2 befindet, ist der Anteil 7 der zum Wandler 8 gelangenden Ul traschallenergie ein Maß für den Überdeckungsgrad des Aus breitungsweges durch das Band 5 und damit für dessen seitli che Lage. Am Ausgang 10 des Empfängers 2 steht ein elektri sches Signal 11 an, das über eine Verbindung zu einer Posi tioniereinrichtung 12 für das Band 5 weitergeleitet wird.

Die Grundüberlegungen zur Auswirkung einer teilweisen Über deckung des Ausbreitungsweges der Ultraschallenergie vom Sen der zum Empfänger werden anhand Fig. 2 erläutert, wobei die Ausbreitungsdämpfung der Ultraschallwellen vernachlässigt wird.

Die Strömung der Ultraschallenergie zwischen Sender und Emp fänger habe an der Stelle des zu überwachenden Bandes einen kreisförmigen Querschnitt der Fläche A_K, die mindestens der Aperturfläche des Empfängers an dieser Stelle entspricht. Die Energiedichte innerhalb dieser Fläche sei konstant. Überdeckt das zu überwachende Band, ausgehend von der Kreisperipherie, eine Strecke x_B in radialer Richtung des Kreises, so wird da von der Kreisabschnitt mit der Fläche A_B definiert. Durch die Überdeckung gelangt nur noch ein Anteil (A_K - A_B)/A_K der Ge samtenergie zum Empfänger. Für die quantitative Bewertung sei der Kreis als Einheitskreis mit dem Mittelpunkt (1; 0) ange nommen. Die Kreisgleichung lautet in diesem Fall

Die Fläche des Kreisabschnitts bestimmt sich zu

Die Auswertung dieses Integrals führt auf

wobei die Integrationskonstante C so zu wählen ist, daß sich für x = 0 auch A_B = 0 ergibt. Trägt man die so ermittelte Fläche des Kreisabschnitts bezogen auf die Fläche des gesam ten Kreises mit dem beliebigen Radius r in Abhängigkeit vom Maß x bezogen auf diesen Radius r auf, so zeigt Fig. 3, daß im Bereich 0,5 < x/r < 1,5 in guter Näherung ein linearer Zusam menhang besteht. Damit ist in diesem Bereich auch der Anteil der Sendeenergie, die durch die Überdeckung vom Empfänger ab gehalten wird, in guter Näherung linear von dem auf den Ra dius bezogenen Überdeckungsgrad x/r abhängig. Dieser Anteil der Sendeenergie wird je nach den akustischen Eigenschaften des Bandes zumindest teilweise reflektiert oder absorbiert. Der übrige Teil der Sendeenergie gelangt zum Empfänger und stellt bei linearer Bewertung für 0,5 < x/r < 1,5 ein umge kehrtes Maß für den Überdeckungsgrad x/r dar.

Im folgenden werden vorteilhafte Weiterbildungen und Ausge staltungen des grundsätzlichen Aufbaus der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung wird die Richtung der Ultraschallströmung zwischen Sender und Empfänger gegen über der Längs- und/oder Querrichtung des zu überwachenden Bandes aus der Senkrechten geneigt, damit die durch die Über deckung reflektierte Schallenergie das System verläßt und keine Störungen durch Mehrfachreflexionen verursacht.

Eine zweite vorteilhafte Ausgestaltung besteht in der Verwen dung von je einer Überwachungsanordnung der beschriebenen Art an der linken und rechten Kante des zu überwachenden Bandes 5 gemäß Fig. 4. Dabei wird ein weiterer Sender 13 und Empfänger 14 eingesetzt, zwischen denen eine Strömung von Ultraschall energie stattfindet. Durch den Vergleich der bei einer seit lichen Verschiebung des Bandes 5 gegenläufigen Ausgangssigna le 11 in der Rechenschaltung 15 steigt die Erkennungssicher heit. Ferner können Alterungseinflüsse durch Differenzbildung der Ausgangssignale kompensiert werden.

Fig. 5 zeigt eine dritte vorteilhafte Ausgestaltung. Die Ener gieströmung 4 des Senders 1 trifft hierbei unter einem Winkel auf das zu überwachende Band 5. Der nicht durch das Band 5 überdeckte Teil 7 der Energieströmung erreicht, wie bereits beschrieben, den Empfänger 2 und wird in ein Ausgangssignal 11 abgebildet. Der durch das Band 5 überdeckte Teil 6 der Energieströmung wird durch den schrägen Einfall unter einem Winkel 16 zu einem weiteren Empfänger 17 reflektiert und in ein Ausgangssignal 18 abgebildet. Bei entsprechender Gewich tung der Ausgangssignale 11 und 18 stellt deren Summe ein Maß für die Sendeenergie dar, während ihr Quotient ein Maß für den Überdeckungsgrad ist. Auch durch diese Anordnung steigt die Erkennungssicherheit und eine Kompensation von Alterungs einflüssen ist möglich.

Zum Ausgleich kurzzeitiger Schwankungen der Meßergebnisse ist es vorteilhaft, die Ausgangssignale 11 und 18 der Empfänger 2 und 17 einer Mittelwertbildung zu unterziehen.

Weiterhin ist es für eine sichere Interpretation der erhalte nen Ausgangssignale 11 und 18 vorteilhaft, wenn das Verhalten der Anordnung anhand vorgegebener Betriebsfälle eingelernt wird.

Zur einfachen Realisierung der verwendeten Empfänger 2 und 17 ist es vorteilhaft, eine feste Schaltschwelle vorzusehen, und die Verstärkung des empfangenen Signals periodisch zu variie ren. Die beim Erreichen der Schaltschwelle vorliegende Ver stärkung ist dann ein Maß für den vorliegenden Überdeckungs grad.

Im folgenden werden die wesentlichen Verfahrensschritte zur Überwachung der seitlichen Position eines Bandes zusammenge faßt. Zunächst werden gemäß Fig. 1 und Fig. 5 von einem Sender 1 für Ultraschallwellen Strömungen von Ultraschallenergie zum Empfänger 2 für Ultraschallwellen gerichtet. Abhängig von der seitlichen Positionierung des Bandes 5 in Bezug auf die Strö mung der Ultraschallenergie wird von dem Band 5 ein entspre chender Anteil 6 der Ultraschallenergie abgedeckt. Die vom Empfänger aufgenommene Ultraschallenergie wird hinsichtlich ihrer Intensität und unter Berücksichtigung der vom Sender 1 in Richtung Empfänger 2 ausgesandten Ultraschallenergie aus gewertet. Dabei sind vorzugsweise die Strömungen von Ultra schallenergie kontinuierlich. Im Empfänger 2 befindet sich eine Auswerteeinrichtung, die die Intensitätsauswertung der empfangenen Ultraschallenergie ausführt und davon das elek trische Signal 11 ableitet, mit dem die Position des Bandes 5 steuernd verändert wird.

Die seitliche Position des Bandes 5 wird durch gleichzeitige Abdeckung weiterer Ultraschallenergieströmungen mittels des weiteren Senders 13 und Empfängers 14 überwacht.

Der vom Band 5 abgedeckte Teil 6 der Ultraschallenergie wird zu dem Empfänger 17 reflektiert, nach dortigem Empfang hin sichtlich Intensität ausgewertet und daraus das der Intensi tät der aufgenommenen Ultraschallenergie proportionale Signa le 18 abgeleitet, das zusammen mit dem Signal 11 zur Ermitt lung der vom Sender 1 in Richtung Empfänger 2 ausgesandten Ultraschallenergie herangezogen wird.

Durch die Auswerteeinheit im Empfänger 2, 17 wird ein Signal gebildet, das der Intensität der vom Empfänger 2, 17 aufge nommenen Ultraschallenergie entspricht. Dieses Signal wird in der Auswerteeinheit mit einer festen Schaltschwelle vergli chen, die einer periodisch variierenden Verstärkung unterzo gen wird. Die beim Erreichen der Schaltschwelle vorliegende Verstärkung ist dann ein Maß für den vorliegenden Über deckungsgrad.

Zumindest einer der Schritte zur Auswertung der vom Empfänger 2, 17 aufgenommenen Ultraschallenergie wird eingelernt.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung der seitlichen Position eines Bandes (5) mit folgenden Merkmalen:

a) von einem Sender (1) für Ultraschallwellen werden Strömun gen von Ultraschallenergie zu einem Empfänger (2) für Ultraschallwellen gerichtet,
b) abhängig von der seitlichen Positionierung des Bandes (5) in Bezug auf die Strömung der Ultraschallenergie wird von dem Band (5) ein entsprechender Anteil (6) der Ultra schallenergie abgedeckt und
c) die vom ersten Empfänger (2) aufgenommene Ultraschallener gie wird hinsichtlich ihrer Intensität und unter Berück sichtigung der vom ersten Sender (1) in Richtung des er sten Empfängers (2) ausgesandten Ultraschallenergie ausge wertet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Strömungen von Ultraschallenergie kontinuierlich sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß ein von der Intensitätsauswertung abgeleitetes, elektrisches Signal (11) gebildet wird, mit dem die Position des Bandes (5) steuernd verändert wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die seitliche Position des Bandes (5) durch gleichzeitige Abdeckung weiterer Ultra schallenergie-Strömungen mittels eines zweiten Senders (13) und zweiten Empfängers (14) überwacht wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der vom Band (5) abge deckte Anteil (6) der Ultraschallenergie zu einem dritten Empfänger (17) reflektiert wird, nach dortigem Empfang hin sichtlich Intensität ausgewertet wird und daraus ein der In tensität proportionales elektrisches Signal (18) abgeleitet wird, das zur Ermittlung der vom ersten Sender (1) in Rich tung des ersten Empfängers (2) ausgesandten Ultraschallener gie herangezogen wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein Signal gebildet wird, das der Intensität der vom ersten bzw. zweiten Empfän ger (17) aufgenommenen Ultraschallenergie entspricht und die ses Signal mit einer festen Schaltschwelle verglichen wird, die einer periodisch variierenden Verstärkung unterzogen wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Schritte zur Auswertung der vom ersten Empfänger (2) aufge nommenen Ultraschallenergie eingelernt wird.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den An sprüchen 1 bis 7, mit einem Sender (1) und einem Empfänger (2) für Ultraschallwellen und mit einer Auswerteeinheit im Empfänger (2), die die vom ersten Empfänger (2) aufgenommene Ultraschallenergie hinsichtlich ihrer Intensität und unter Berücksichtigung der vom ersten Sender (1) in Richtung des ersten Empfängers (2) ausgesandten Ultraschallenergie auswer tet.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Empfänger (2) einen Ausgang (10) auf weist, an dem ein Auswertesignal (11) ansteht und der mit ei ner Positioniereinrichtung (12) in Verbindung steht, mittels derer die Position des Bandes (5) veränderbar ist.