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Einrichtung zur berührungslosen Materialstärkenmessung, insbesondere
zur Messung von Blechstärken Die bekannten berührungslosen Verfahren zur Materialstärkenmessung
von Stoffen mit begrenzter Durchlässigkeit haben den Nachteil, daß sie entweder
nur die Messung von Stärken bis maximal 10 mm bei niedriger und konstanter Materialtemperatur
und bestimmter Materialzusammensetzung oder nur die Messung von Materialstärken
bis maximal 100 mm mit Hilfe harter Röntgen- oder Gammastrahlung erlauben. Das ist
besonders nachteilig in der laufenden Blechproduktion, vor allem bei Warmwalzverfahren.
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Die Anwendung von Röntgen- bzw. Gammastrahlen führt nicht nur zu
außerordentlich aufwendigen Meßapparaturen, sondern birgt auch die Gefahr der Strahlenverseuchung
und damit Personaigefährdung in sich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Materialstärkenmeßeinrichtung
zu schaffen, die nicht nur Stärken bis 200 mm und mehr mit einer Genauigkeit von
etwa t/20 mm oder noch genauer mißt, sondern diese Messung weitestgehend ohne Rücksicht
auf Materialzusammensetzung und Materialtemperatur erlaubt. Es ist ein Verfahren
bekannt, bei der Dickenmessung von Gegenständen mit be--grenzter Durchlässigkeit
so vorzugehen, daß das zu messende Material zwischen zwei Bezugsmeß ebenen, deren
Abstand bekannt ist geführt wird. Dabei wird die Differenz des Abstandes der Bezugsmeßebenen
einerseits und der Summe der Abstände der Bezugsmeßebenen von den ihnen zugekehrten
Flächen des Meßobjekts andererseits als Maß der Matrialstärke dargestellt. Ferner
werden zur Messung der Abstände der Bezugsmeßebenen von den ihnen zugekehrten Materialflächen
die Wegverluste geeigneter reflexionsfähiger Wellen benutzt. Dieses in der USA.-Patentschrift
2 640 190 beschriebene Verfahren ist jedoch für eine genaue Materialstärkenmessung
ungeeignet, da es Dickenabweichungen nur in der Größenordnung der Wellenlänge der
ausgestrahlten Energie anzeigt.
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Um Dickenänderungen von 1 mm oder gar 1/20 mm messen zu können, müßten
also Millimeterwellen oder Wellen noch kürzerer Länge verwendet werden. Abgesehen
von dem erheblichen apparativen und kostenmäßigen Aufwand, den eine solche Meßapparatur
erfordern würde, müßte eine absolut gleichmäßig reflektierende Objektoberfläche
vorhanden sein, da sonst der Reflexionsfaktor Fehler ergeben würde, die ein Mehrfaches
der Dickenänderung betragen können.
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Erfindungsgemäß läßt sich mit tragbarem Aufwand dennoch eine brauchbare
Messung der Materialstärke undurchsichtiger Stoffe nach dem vorstehend beschriebenen
Abstandsdifferenzverfahren auch mit Genauigkeiten von + 1/20 mm oder noch genauer
dadurch erzielen, daß man die Meßpunkte oder Meßflächen des zu vermessenden Objekts
optisch (z. B. mit einer Linsen- oder Spiegeloptik) abbildet und die Abweichun-
gen
der wirklichen (Istwert) Bildebenen von den vorgegebenen (Sollwert) Bildebenen als
Kriterium der Materialstärkenabweichung anzeigt.
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Die in der Literatur beschriebenen optischen Methoden der Dickenmessung
beziehen sich nur auf die Dickenmessung durchsichtiger Materialien bzw. auf die
Messung der Höhenunterschiede in Oberflächenreliefs (z. B. Rauhigkeit). Bei der
bekannten optischen Dickenmessung derartiger Materialien wird so verfahren, daß
man von einem Meßpunkt aus erst den Abstand zur oberenBegrenzungsfläche des Meßobjekts
und dann durch das Meßobjekt hindurch den Abstand zur unteren Begrenzungsfläche,
oder umgekehrt, visuell mißt.
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Die vorhandenen Literaturstellen enthalten jedoch keinerlei Angaben
über eine kontinuierlich erfolgende SimuItanmessung der Abstände zu den oberen und
unteren Begrenzungsflächen des Meßobjekts zum Zweck der Dickenbestimmung.
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Die Bestimmung der Materialstärke aus der Differenz des Abstandes
der Bezugsmeßebenen einerseits und der Summe der Abstände der Bezugsmeßebenen von
den ihnen zugekehrten Flächen des Meßobjekts andererseits dürfte als Regel für mathematisches
und technisches Handeln angesehen werden.
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In der Art der Messung der Abstände der Bezugsmeßebenen von den ihnen
zugekehrten Flächen des Meßobjektes unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren
jedoch grundsätzlich von dem in der angeführten USA.-Patentschrift und in der Literatur
beschriebenen Meßverfahren.
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Gemäß der Erfindung ist die Einrichtung zur Materialstärkenmessung,
insbesondere zur Bestimmung vonBlechstärken, mikHilfa sichtbarer oder unsichtbarer
Lichtstrahlen einschließlich der Wärmestrahlung, bei dem das Meßobjekt zwischen
zwei die Strahlungsempfänger enthaltenden, parallel zueinander verlaufenden
Bezugsmeßebenen
oder Meßpunkten mit bekanntem Abstand derart untergebracht wird, daß die beiderseitigen
Abstände oder, bei einseitiger Anlage des Objekts an einer Meßstelle, der einseitige
Abstand zwischen Objekt und Meßstelle in einem optischen Meßvorgang bestimmt werden,
und die Materialstärke als Differenz des Meßstellenabstandes und der gemessenen
Abstände bzw. des gemessenen Abstandes ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
Abweichungen von vorgegebenen Bildebenen der Abbildungssysteme, die als Meßbereiche
für die verschiedenen Materialstärken an der Meß einrichtung eingestellt werden
können, und damit Materialstärkenänderungen innerhalb des jeweils eingestellten
Meßbereiches als Kriterium der Abbildungsschärfenverhältnisse der angestrahlten
oder eigenstrahlenden Materialoberflächen bestimmt werden.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
stark vereinfacht veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt das grundsätzliche Meßprinzip in geometrisch/optischer
Darstellung; Fig. 2 zeigt eine prinzipielle Meßanordnung in schaltschaubildlicher
Darstellung (der Einfachheit halber nur einseitig dargestellt); Fig. 3 a zeigt das
Raster eines Siemenssterns; Fig. 3b zeigt eine schematische Darstellung im Zusammenhang
mit der Auswertung der Ergebnisse, die mit der Anordnung nach Fig. 2 gewonnen werden;
Fig. 4 zeigt als Beispiel der verschiedenen Möglichkeiten einer Aufteilung eines
Strahlenbündels in zwei intensitäts- und inhaltsgleiche Strahlenbündel die Strahlenteilung
mittels eines halbdurchlässigen Spiegels sowie in schaltschaubildlicher Darstellung
das Ausführungsbeispiel einer Gegenstandsweitenregelung durch Optikverstellung;
Fig. 5 und 6 zeigen zwei Ausführungsformen einer Meßanordnung in schaltschaubildlicher
Darstellung (der Einfachheit halber nur einseitig dargestellt) mit manueller bzw.
automatischer Messung der Materialstärkenabweichung unter Anwendung des Differentialeffektes;
Fig. 7 zeigt die Modulationskennlinien der Strahlung der Meßanordnungen nach Fig.
5 und 6 in den Modulationsebenen 11 a und 11 b als Funktion der Bildweiten; Fig.
8 zeigt die Modulationskennlinien der Strahlung der Meßanordnungen nach Fig. 5,
6 und 9 in den Bildebenen 3 a und 3 b bei konstanter Bildweite b1 und verschiedener
Abweichung der Modulationsebenen von den zugehörigen Bildebenen; Fig. 9 zeigt die
weitere Ausführung einer Meßanordnung zur automatischen Messung der Materialstärkenabweichung
unter Anwendung des Differentialeffektes in schaltschaubildlicher Darstellung; Fig.
10a, 10b und 11 zeigen als Beispiel der verschiedenen Möglichkeiten einer periodischen
Verschiebung der Modulationsebenen die prinzipielle Ausführung einer Schichtrasteranordnung
(z. B. nach Art eines Siemenssterns) für die Meßanordnung Fig. 9; Fig. 12 und 13
zeigen als Beispiel der verschiedenen Anzeigemöglichkeiten der Nullimpulsabstände
der Meßanordnung Fig. 9 die Anzeige auf einem Kathodenstrahlrohr mit kreisförmiger
Strahlablenkung; Fig. 14a zeigt schaubildlich im Schnitt die Anordnung der Modulations-
und Bildebenen sowie der Materialbegrenzung bei der Meßeinrichtung Fig. 9; Fig.
14b zeigt den Verlauf der Nullstellenwanderung der identischen zugehörigen Modulationsebenen
(Schichtrasteranordnungen) sowie die Lage der Bild-
ebenen (Bezugsmeßebenen) bei
der Meß einrichtung Fig. 9; Fig. 15 und 16 zeigen weitere Anzeigemöglichkeiten der
Impulsabstände und -richtungen der Meßanordnung Fig. 9.
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Bei der Darstellung des grundsätzlichen Meßprinzips nach Fig. 1 befindet
sich das Meßobjekt 1, dessen Stärke D bestimmt werden soll, zwischen den Bezugsmeßebenen
3 und 7, deren Abstand voneinander E beträgt. Wie Fig. 1 zeigt, ergibt sich die
gewünschte Materialstärke D des Meßobjekts 1 als Differenz von E und der Summe der
Abstände der Bezugsmeßebenen zu den ihnen zugekehrten Flächen des Meßobjekts.
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D--E- (d, + d,) Nach bekannten optischen Gesetzen werden Gegenstände
hinter einem Aufnahmeobjekt als reelle umgekehrte Bilder abgebildet. Die einzelnen
scharfen Bildebenen haben je nach der Entfernung des Gegenstandes von der Aufnahmeoptik
unterschiedliche Abstände voneinander. Bei vorgegebenem Abstand des Gegenstandes
von der Aufnahmeoptik gibt es also nur eine genaue definierte Bildebene (unter der
Voraussetzung, daß der Gegenstand eine Fläche ist). Verkleinert oder vergrößert
sich der Abstand zwischen Gegenstand und Aufnahmeoptik, dann vergrößert bzw. verkleinert
sich der Abstand der Bildebene von der Aufnahmeoptik.
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Die Wanderung der Bildebene bei feststehender Aufnahmeoptik ist also
ein Kriterium der Abstandsänderung des Gegenstandes.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zeigt das grundsätzliche erfindungsgemäße
Meßprinzip unter Berücksichtigung der vorstehend erwähnten optischen Abbildungsgesetze.
Bei dieser Anordnung werden die MeßpunktemO und u des Meßobjektes 1 mittels der
Abbildungsobjektive bekannter Brennweite 2 und 6 scharf in den Bildebenen 3 und
7 abgebildet. Unter der Voraussetzung, daß der Abstand E der Bildebenen untereinander
sowie die Bildweiten bl und b2 ebenfalls (durch Messung) bekannt sind, ergibt sich
auf Grund der optisch festgelegten Größe von dl und d2 rechnerisch der Wert von
D aus der oben angeführten Formel D=E- (d,+d2) Änderungen der Gegenstandsweiten
al und a2 infolge Dickenabweichung des Meßobjekts 1 bewirken eine entsprechende
Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Bildweiten b1 und b2. Die Messung der durch
die Dickenabweichung bedingten Bildweitenverschiebung aus vorgegebenen Ausgangspositionen
bzw. die Messung der zur Erreichung dieser vorgegebenen Bildweiten-Ausgangspositionen
notwendigen Verschiebung der Gegenstands weiten al und a2 ergibt den Wert der Dickenabweichung
von einem vorgegebenen Sollwert.
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Die in Fig. 1 zusätzlich aufgezeigte Beleuchtungseinrichtung, bestehend
aus den Leuchtquellen 5 und 9 und den Beleuchtungsoptiken 4 und 8, ist für die Arbeitsweise
des Verfahrens ohne grundsätzliche Bedeutung. Sie dient lediglich zur Beleuchtung
der Meßpunkte in denFällen, in denen dieLicht- oderWärmeeigenstrahlung des Meßobjekts
bzw. die sonstige Fremdbeleuchtung zu einer optischen Abbildung des Meßobjekts in
den Bildebenen nicht ausreichen. Durch besondere Kennung (z. B. Idurch Impulstastung)
der Zusatzbeleuchtung kann man mit bekannten Mitteln Fremdlichteinfiüsse auf den
Meßvorgang ausschließen.
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Die Messung der durch die Dickenabweichung des Meßobjektes von einem
vorgegebenen Sollwert bedingten Verschiebung der Bildweiten b, und b2 kann auf
verschiedene
Art und Weise erfolgen. Da auf Grund der Verfahrenstechnik die Dickenmessung des
Meßobjekts von oben und unten gleichzeitig durchgeführt werden muß, müssen auch
zwei gleichgeartete Meß-Teilvorrichtungen vorhanden sein (falls das Meß objekt nicht
auf einer definierten Bezugsunterlage liegt). Der Einfachheit halber sind die erfindungsgemäßen
Einrichtungen in den Zeichnungen Fig. 1,4, 5 und 6 daher nur einseitig dargestellt
und wird in der nachstehenden Beschreibung größtenteils nur auf diese einseitige
Teilvorrichtung Bezug genommen. Für die Meßfälle, in denen die zweite Meß-Teilvorrichtung
durch eine mechanische Bezugsunterlage (z.B. Rollengang) ersetzt wird, dürfte die
einseitige Erläuterung der verschiedenen Meßeinrichtungen ebenfalls ausreichend
sein.
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Fig. 2 zeigt stark vereinfacht in schaltschaubildlicher Darstellung
das grundsätzliche Meßprinzip zur Messung der Bildweitenverschiebung, wie es in
ähnlicher Weise zur automatischen Entfernungseinstelluni von Filmkameras bereits
verwendet wird. Das Meßobjekt 1 (hier der Meßpunkt mo) wird mittels der Abbildungsoptik
2 in der Bildebene 3 abgebildet. Im Strahlengang hinter der Abbildungsoptik 2 und
parallel zu der Bildebene 3 liegend, befindet sich in vorgegebenem Abstand eine
Modulationsrasterscheibe 11 mit definierter Modulationsebene (z. B. ein sogenannte
Siemensstern), die durch den Motor 10 angetrieben wird. Dieser Siemensstern besteht
aus einer durchsichtigen Scheibe, auf der ein Raster aus radial angeordneten, undurchsichtigen
Flächen aufgetragen ist (s. Fig.3a). An Stelle der Modulationsrasterscheibe können
auch Lochscheiben, Gitterwerke, Schlitzbleche usw. rotierend oder hin- und hergehend
angeordnet werden. Der Abstand zwischen Abbildungsoptik 2 und Modulationsebene 11
kann mittels der Vorrichtung 15 in Richtung der Strahlenachse variiert werden. Hinter
der Modulationsebene befindet sich ein Strahlungsempfängerelement, beispielsweise
eine Fotozelle 12.
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Rotiert nun die Rasterscheibe im Strahlenfeld hinter der Abbildungsoptik,
so werden die Strahlen mit einer Frequenz moduliert, die der Dunkelfeldzahl des
Rasters entspricht, die in l Sekunde durch einen gegebenen Punkt wandert. Befindet
sich das Modulationsraster genau in der Bildebene 3 (wie in der Zeichnung Fig. 2),
dann ist die Modulation der Strahlung aus Gründen der höchsten Strahlungsdichte
am größten. Wandert die Bildebene 3 infolge einer Änderung der Gegenstandsweite
a1 jedoch vor oder hinter die Modulationsebene, wird die Strahlungsmodulation schwächer
und sogar fast Null, wenn die Entfernung zwischen Modulations- und Bildebene einen
bestimmten Teil der Brennweite der Abbildungsoptik 2 erreicht. Die durch die Modulationsrasterscheibe
gelangende modulierte Strahlung fällt auf die Fotozelle 12, die eine Wechselspannung
abgibt. Die Amplitude dieser Wechselspannung, der sogenannte Modulationsgrad M,
ist somit ein Maß für den Abstand der Bildebene von der Modulationsebene und damit
für den Abstand der Modulationsebene 11 vom Meßpunkt mO.
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Die von der Fotozelle 12 abgegebene Wechselspannung wird in dem Verstärker
13 bei Bedarf verstärkt und ihre Amplitude mit Hilfe des Meßinstruments 14 (Indikator
für den Modulationsgrad M) angezeigt.
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Fig. 3b zeigt eine schematische Darstellung im Zusammenhang mit der
Auswertung der Ergebnisse, die mit der Anordnung nach Fig. 2 gewonnen werden.
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A M ist der maximal erreichbare Modulationsgrad bei gegebener Strahlungsintensität
des Meßobjekts im Augenblick der Übereinstimmung von Modulations-
ebene und Bildebene.
b, ist die Bildweite des Meßsystems bei Übereinstimmung von Bildebene und Modulationsebene.
db, ist die Abweichung der Bildebene von der Modulationsebene. Xml ist der Modulationsgrad
der Strahlung bei Abweichung der Bildebene aus der Modulationsebene um >1 b.
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Bei Abweichung der wirklichen Bildebene (Istwert) aus einer vorgegebenen
Bildebene (Sollwert, wenn Modulations- undBildebene übereinstimmen) kann bei der
Einrichtung gemäß Fig. 2 mit Hilfe der Vorrichtung 15 die Modulationsebene so lange
parallel in Richtung der Strahlenachse verschoben werden, bis diese mit der wirklichen
Bildebene übereinstimmt, was an der Anzeige des Meßinstruments 14 (Maximalausschlag)
deutlich erkennbar ist. Das Maß und die Richtung der Verschiebung der Modulationsebene
ist gleichfalls ein Maß der Größe und Richtung der Abweichung der wirklichen von
der vorgegebenen Bildebene.
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Eine wesentlich genauere Messung der Bildweitenverschiebung läßt
sich mit der Einrichtung gemäß Fig. 5 erzielen. Bei dieser Einrichtung wird die
Strahlung hinter dem Aufnahmeobjektiv (das in der Zeichnung einfachheitshalber nicht
aufgezeigt ist) zunächst in zwei intensitätsgleiche Strahlenbündel aufgeteilt.
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Das kann z. B. mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels erfolgen,
wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Der halbdurchlässige Spiegel 47 reflektiert die
Hälfte der durch das Aufnahmeobj ektiv 2 kommenden Strahlung zur Seite, die somit
hinter der Bildebene 3 b auf die Fotozelle 12 b fällt. Die andere Hälfte der Strahlung
kann den Spiegel ungehindert passieren und fällt hinter der Bildebene 3 3a auf die
Fotozelle 12a. Die Bildweiten beider Bildebenen (3a und 3 b) sind gleich und unterliegen
bei Verschiebung der Gegenstandsweite den gleichen Veränderungen. Im Strahlengang
jedes der beiden Strahlenbündel und parallel zu den beiden Bildebenen 3 3a und 3b
liegend, befinden sich in der Nähe dieser Bildebenen die beiden Modulationsrasterscheibenlia
und 11 b, beispielsweise Siemenssterne, und zwar liegt die Rasterscheibe 11 ci vor
und die Rasterscheibe 11 b hinter der zugehörigen Bildebene. Diese Anordnung der
Rasterscheiben kann auch umgekehrt erfolgen. Die Rasterscheiben werden durch die
Motoren 10 cd und 10b angetrieben. An Stelle von zwei Motoren, wie in der Zeichnung
angegeben, kann der Antrieb auch mittels eines gemeinsam wirkenden Motors erfolgen.
Beide Rasterscheiben können mittels der Vorrichtung 15 manuell bzw. motorisch durch
den Stellmotor 23 in Strahlenrichtung (s. Doppelpfeil) parallel zu den zugehörigen
Bildebenen verschoben werden. Der Indikator 16 zeigt das Maß und die Richtung der
Verschiebung der Modulationsrasterscheiben als Kriterium der Bildebenenabweichung
an. DieModulation der beiden Strahlenbündel erfolgt auf ähnliche Art und Weise wie
bei der Einrichtung nach Fig. 2, nur wird das eine Strahlenbündel vor und das andere
Strahlenbündel hinter der zugehörigen Bildebene moduliert. Da beide Modulationsebenen
einzeln gesehen einen Modulationsgradverlauf, wie in Fig. 3b dargestellt, aufweisen,
verlaufen die Modulationskennlinien, gemeinsam im gleichen Koordinatensystem dargestellt,
infolge der verschiedenenBildweiten der Modulationsebenenlla und 11 b der Einrichtung
Fig. 5 entsprechend der Darstellung Fig. 7. d m2 ist der Modulationsgrad der Strahlung
bei Abweichung der Modulationsebene 11 ci aus der Bildebene b1 um Ab2; Sm3 ist der
Modulationsgrad der Strahlung bei Abweichung der Modulationsebene 116 aus der Bildebene
bl um d b3 b2 und b3 sind
die Bildweiten des Systems, bei denen
einmal das Strahlenbündel mit der Modulationsebene 11a und das andere Mal das Strahlenbündel
mit der Modulationsebene 11 b den maximalen Modulationsgrad aufweisen. Aus dem Verlauf
beider Modulationsgradkurven ist ersichtlich, daß im Schnittpunkt z0 beide Modulationsgrade
gleich groß sind, bei Verschiebung der Bildebenen nach beiden Seiten der Modulationsgrad
der einen Ebene größer und der anderen Ebene kleiner wird, bzw. umgekehrt.
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Dieser Differentialeffekt bestimmt die weitere Ausführung der Einrichtung
Fig. 5. Die von den beiden Strahlungsempfängern (Fotozellen) abgegebenen Modul ationswechselspannungen
werden bei Bedarf zunächst in den Verstärkern 17 und 18 verstärkt und dann den Gleichrichtern
19 und 20 zugeführt. Jede Wechselspannung wird also für sich gleichgerichtet.
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Die so entstandenen Richtgleichspannungen werden einem differenzbildenden
Netzwerk 21 (z. B. einem Differentialverstärker, einer Brückenschaltung oder einem
ähnlich wirkenden Netzwerk) zugeführt, dem ein Null indikator 22 nachgeschaltet
ist. Ist beispielsweise der Modulationsgrad beider Strahlenbündel infolge Abweichung
der Bildebenen aus der Stellung b, (s. Fig. 7) verschieden groß, dann wird der Nullindikator
einen bestimmten Ausschlagwert (außer Null) zeigen. Befinden sich die Bildebenen
in der Position b1 (Fig. 7) - und diese Position ist dann erreicht, wenn beide Modulationsebenen
zu den ihnen zugehörigen Bildebenen gleichen Abstand haben -, dann schneiden sich
die Modulationskennlinien im Punkt zO; der Modulationsgrad beider Strahlenbündel
ist also gleich groß. Das wiederum bedeutet, daß das Ausgangssignal des differenzbildenden
Netzwerks 21 infolge Gleichheit der Richtgleichspannungen Null ist und von dem Nullindikator
22 als Nullwert angezeigt wird. Durch Vor- bzw. Rückverschiebung der Modulationsebenen
in Strahlenrichtung kann also die Position zO, d. h. die Lage der wirklichen Bildebene
(Istwert) an Hand der Anzeige des Nullindikators22 (Signal Null) eindeutig definiert
werden. Das Maß der Modulationsebenenverschiebung und damit der Bildweitenverschiebung
zeigt der Indikator 16 auf mechanischem oder mechanisch-elektrischem Wege an. Die
Verschiebung der Modulationsebenen kann, wie schon gesagt, manuell mittels der Verschiebevorrichtung
15 erfolgen. Da am Ausgang des Netzwerks 21 jedoch eine Regelspannung wechselnder
Polarität und Intensität zur Verfügung steht, kann die Verschiebung der Modulationsebenen
auch automatisch erfolgen. Über einen Schalter 26 wird die Regelspannung, die positiv,
negativ oder Null ist, je nach Richtung der Abweichung bzw. bei Abweichung Null,
einem polarisierten Relais 25 (oder einer elektronischen Relaisanordnung) zugeführt,
das den Anlauf und die Drehrichtung des Stellmotors 23 bestimmt. Der Stellmotor
treibt die Verschiebevorrichtung 15 an und verschiebt bei Abweichungen der Bildebenen
die Modulationsebenen (Modulationsrasterscheiben11a und 11 b) so lange, bis das
Ausgangssignal des Netzwerks 21 wieder Null wird und das polarisierte Relais 25
wieder abfällt. Anstatt bei Abweichungen der wirklichenBildebenen aus der Bildebenenposition
b1 (wenn das Ausgangssignal des Netzwerks 21 Null ist) die Modulationsebenen so
lange zu verschieben, bis das Ausgangssignal des Netzwerks 21 wieder Null wird,
kann man auch die Gegenstandsweite des Systems als Maß der Bildweitenänderung so
lange verschieben, bis die Bildweitere wieder erreicht ist (das Ausgangssignal des
Netzwerks 21 also ebenfalls Null wird). Die Gegen-
standsweite der Meßvorrichtung
kann beispielsweise so verschoben werden, daß man die Abbildungsoptik oder den dem
Gegenstand (Meßobjekt) zugewandten Teil der Optik allein bzw. gemeinsam und um den
gleichen Betrag mit den Modulationsebenen und den Strahlungsempfängern verschiebt.
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Fig. 4 zeigt im Blockschaltbild eine derartige Einrichtung zur Verschiebung
der Gegenstandsweite. Die Meßbrücke5l wird beispielsweise durch den Sollwertgeber
49 verstimmt. Über den in Stellung s stehenden Schalter 50 wird das polarisierte
Relais 25 je nach Richtung der Brückenverstimmung ausgelöst und der Anlauf und die
Drehrichtung des Stellmotors 23 bewirkt. Der Stellmotor dreht nun vorwärts bzw.
rückwärts und bewegt damit den meßobjektnahen Teil des Aufnahmeobjektivs 2. Gleichzeitig
wird die Objektivbewegung auf den Istwertgeber 52 übertragen, der die Verstimmung
der Brücke 51 wieder kompensiert. Entspricht nun der Istwert der Sollwerteingabe,
ist die Brückenspannung Null, und damit fällt das polarisierte Relais 25 ab. Der
Motor bleibt stehen, und die Gegenstandsweite des Systems entspricht dem eingestellten
Sollwert. Die Sollwert/Istwerteinstellung der Gegenstandsweite kann auch mit anderen
technisch üblichen Mitteln erfolgen, die hier nicht näher angeführt werden sollen.
Der Sollwert entspricht der Gegenstandsweite eines Meßobjekts, dessen Bildweite
in der Position b1 liegen soll. Ist aber die Gegenstandsweite, beispielsweise infolge
einer Dickenänderung oder infolge einer lagebedingten Abstandsänderung des Meßobjekts
(Schwankung), abweichend vom Sollwert, dann wird infolge der verschiedenen Modulationsgrade
beider Strahlenbündel das Netzwerk 21 verstimmt und gibt entweder eine positive
oder negative Regelspannung ab. Legt man nun den Schalter 50 um auf die Stellung,
dann spricht das polarisierte Relais bei genügend hoher Regelspannung des Netzwerks
21 an und setzt den Stellmotor 23 so lange in Bewegung, bis durch Verschiebung der
Aufnahmeoptik die Bildweite der Position b1 (Fig. 7) erreicht ist und damit das
Ausgangssignal des Netzwerks 21 wieder Null wird. Da mit der Verstellung der Optik
2 gleichzeitig der Istwertgeber 52 verstellt wird, ändert sich auch das Gleichgewicht
der Brücke 51. An dem Brückeninstrument 53 kann man dann Richtung und Maß der Brückenverstimmung
und damit Richtung und Maß der Abweichung der wirklichen Bildebene (Istwert) von
der vorgegebenen Bildebene (Sollwert) ablesen. Diese Abweichung ist wiederum ein
Kriterium der lage- bzw. dickenbedingten Entfernungsänderung zwischen Meßobjekt
und Meßeinrichtung.
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Der Differentialeffekt zweier Modulationsebenen läßt sich auch mit
der Einrichtung gemäß Fig. 6 zur Messung der Bildweiten- und damit Abstandsänderungen
verwenden. Bei dieser Einrichtung wird dieStrahlung abwechselnd durch zwei halbkreisförmige
Segmentrasterscheiben 35 und 36 moduliert, wobei die eine dieser Rasterscheiben
sich vor und die andere Rasterscheibe um die Achse 27 hinter der vorgegebenen Bildebene
(Sollwert) dreht. Für die Arbeitsweise des Systems ist es gleichgültig, ob die Scheibe
36 sich vor (wie in Fig. 6) und die Scheibe 35 hinter der vorgegebenen Bildebene
dreht oder ob die Anordnung der Scheiben umgekehrt ist. Jedenfalls ist immer nur
eine Segmentscheibe im Strahleneingriff. Die Strahlung fällt nun durch diese sich
drehenden Segmentscheiben (Modulationsebenen) - die beispielsweise als halbierte
Siemenssterne aufgefaßt werden können - auf die Fotozelle 12. Die von der Fotozelle
12 abgegebene Modulationswechselspannung wird nach vorheriger
Verstärkung
durch den Verstärker 13 der Weiche 24 zugeführt, die die Modulationswechselspannungen
je nach der gerade im Eingriff befindlichen Segmentrasterscheibe abwechselnd auf
die Gleichrichter 19 und 20 führt. Die Richtgleichspannungen dieser Gleichrichter
bestimmen wiederum die Polarität und Intensität des Ausgangssignals des differenzbildenden
Netzwerks 21 und damit den Anzeigewert des Nullindikators 22. Fällt die Bildebene
genau zwischen die Segmentrasterscheiben (wie beispielsweise in Fig. 6; s. auch
Kennlinien Fig. 7), dann ist das Ausgangssignal des Netzwerks 21 Null. Wandert die
Bildebene, dann wird das Ausgangssignal positiv oder negativ, je nach Richtung der
Bildebenenabweichung. Durch manuelle oder automatische Nachstellung der Modulationsebenen
mittels der Vorrichtungen 15, 16, 23, 25 und 26 (die gleicherweise erfolgen kann,
wie schon bei der Einrichtung gemäß Fig. 5 beschrieben wurde) bzw. durch Verschiebung
der Gegenstandsweite ähnlich der in Fig. 4 aufgezeigten Einrichtung mittels der
Vorrichtungen 23, 25, 49, 50, 51, 52 und 53 (s. Beschreibung der Regelung der Einrichtung
gemäß Fig. 5) kann das Gleichgewicht des differenzbildenden Netzwerks 21 (Ausgangssignal
Null bei Gleichgewicht) wiederhergestellt werden. Dieses Gleichgewicht herrscht
bekanntlich dann, wenn die Bildebene genau zwischen den Modulationsebenen steht.
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Durch Eingabe der Meßwerte der mittels der Einrichtungen nach Fig.
2, 4, 5 und 6 gemessenen Bildebenenabweichungen des oberen und des unteren Abstandsmeßsystems
(das untere ist in den Zeichnungen Fig. 2, 4, 5 und 6 einfachheitshalber fortgelassen)
in eine dritte Brückenschaltung kann die gesamte Abweichung als Kriterium der Materialstärkenabweichung
von einem vorgegebenen Sollwert am Brückeninstrument abgelesen werden.
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Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Einrichtungen und
Meßverfahren erlauben zwar eine sehr hohe Meßgenauigkeit, können jedoch nur bei
in Ruhe befindlichen oder nur langsam schwankenden Meßobjekten verwandt werden.
Die höchstzulässige Schwankungsperiode richtet sich dabei nach der Einstellzeit
der Regeleinrichtung. Die in Fig. 9 aufgezeigte Einrichtung zeigt diesen Nachteil
nicht und erlaubt auch Dickenmessungen an Meßobjekten, die mit relativ hoher Frequenz,
beispielsweise 5 bis 8 Hz, ihren Abstand zu den gegenüberliegenden Bezugsmeßebenen
ändern. Derartige Abstandsschwankungen sind beispielsweise im Walzbetrieb nicht
selten. Prinzipiell handelt es sich bei dieser Einrichtung zunächst um eine Meßmethode,
wie sie ähnlich bei der Einrichtung gemäß Fig. 5 angewandt wird. Das eine Strahlenbündel
wird vor und das andere hinter der vorgegebenen Bildebene moduliert. Während jedoch
bei der Einrichtung gemäß Fig. 5 die Modulationsebenen nur so lange verschoben werden,
bis das Ausgangssignal des differenzbildenden Netzwerks 21 gleich Null wird (dasselbe
gilt für das untere System) und damit das Kriterium der Abweichung gegeben ist,
werden die Modulationsebenen 31 und 32 bei der Einrichtung gemäß Fig. 5 in regelmäßig
wiederkehrenden Modulationsphasenfolgen periodisch und gleichsinnig in Richtung
der zugehörigen Strahlenachse um den gleichen Betrag hin und her verschoben. Diese
Verschiebung kann vorwärts, rückwärts oder in einem anderen Gleichlaufrhythmus,
von einer definierten Mittenposition ausgehend, erfolgen; sie kann stetig oder stufenweise
vonstatten gehen. Dadurch wird erreicht, daß in jeder Modulationsphasenfolge einmal
der Bildebenenabstand zu den jeweils zugehörigen Modula-
tionsebenen gleich ist und
damit im differenzbildenden Netzwerk das Signal Null gebildet wird. Der Zeitpunkt
der Nullsignalbildung wird also regelrecht als Kriterium der Modulationsphase (das
ist die Phase der gerade wirksamen Modulationsebenen) abgetastet.
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Der Abtastvorgang wiederholt sich simultan in der unter dem Meßobjekt
angeordneten Meßeinrichtung der Fig. 9. Die vor bzw. hinter den Bildebenen 7a und
7b angeordneten Modulationsebenen 33 und 34 werden gleichlaufend verschoben und
tasten mit gleicher Geschwindigkeit den Zeitpunkt der Nullsignalbildung des zugehörigen
differenzbildenden Netzwerks 40 als Kriterium der Modulationsphase ab. DieSteuersignale
für das differenzbildende Netzwerk 40 liefern die Strahlungsempfänger (Fotozellen)
39 cm und 39b nach vorheriger Verstärkung in den Verstärkern 37 und 38.
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Die Verschiebung der oberen und unteren Modulationsebenen ist also
richtungs- phasenmäßiggleich.
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Wandert das obere Modulationsebenenpaar nach oben aus, also vom Meßobjekt
fort, dann wandert das untere Modulationsebenenpaar um den gleichen Betrag ebenfalls
nach oben aus, jedoch auf das Meßobjekt zu.
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Fig. 14b zeigt beispielsweise den Verlauf der Modulationsebenenverschiebung
als Kriterium der Modulationsphasen. H0 und Hu sind die gleich großen Modulationshübe
(MaB der Modulationsebenenverschiebung) der oberen bzw. unteren Modulationsebenen;
No und NU sind die Nulldurchgänge der oberen bzw. unteren Meßapparatur.
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Bei der Messung eines Objekts von ungefähr bekannter Dicke werden
die Gegenstandsweiten des oberen und unteren Meßsystems zunächst derart eingestellt
(Sollwert), daß die Nulldurchgänge beider Systeme bei gleicher Modulationsphase
erfolgen (falls die eingestellten Gegenstandsweiten den wirklichen Gegenstandsweiten
entsprechen). Zweckmäßigerweise stellt man die Gegenstandsweiten beider Systeme
auf einen mittleren (aber gleichen) Modulationsphasenwert ein. Weicht nun die Iststärke
des Meßobjekts von der Sollstärke ab, dann verschiebt sich der Zeitpunkt der Nulldurchgänge
der oberen und unteren Differentialsysteme um den Betrag der Abweichung auseinander,
und zwar kann beispielsweise durch die Richtungsfolge der Verschiebung aller vier
Modulationsebenen bewirkt werden, daß der Nulldurchgang des oberen Systems vor dem
Nulldurchgang des unteren Systems erfolgt, wenn das Meßobjekt dicker ist als sein
Sollwert, und daß der untere Nulldurchgang vor dem oberen Nulldurchgang erfolgt,
wenn das Meßobjekt dünner ist als sein Sollwert. Schwankt das Meßobjekt in Richtung
der Strahlenachse beider Meßsysteme (senkrecht zur Meßfläche), dann ändert sich
zwar das zeitliche Verhältnis der Modulationsphase und der Nulldurchgänge, aber
der zeitliche Abstand beider Nulldurchgänge bleibt bestehen. Bei genügend hoher
Modulationsphasenfolge (beispielsweise 50 bis 100 Nulldurchgänge pro Sekunde) dürften
auch noch bei Schwankungen des Meßobjekts von acht Schwingungen pro Sekunde einwandfreie
Messungen der Materialstärke möglich sein. Die simultane Hin- und Herverschiebung
der vier Modulationsebenen kann dermaßen erfolgen, daß man beispielsweise vier Siemenssterne
synchron und parallel zueinander (im Sinne des erfindungsgemäßen optischen Meßverfahrens)
mittels elektromagnetisch angetriebener und in Achsrichtung wirksamer Schwingspulen
verschiebt.
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Eine weitere Möglichkeit der Modulationsebenenverschiebung, die den
Vorteil der höheren betriebsmäßigen Unempfindlichkeit gegenüber der Schwingspulenanordnung
hat, zeigen Fig. 10a, lOb und 11.
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Die in diesen Zeichnungen gezeigte Modulationsebenenanordnung besteht
aus mehreren, in diesem Fall sechs dünnen Scheiben (in der Zeichnung Fig. 11 übertrieben
dick gezeichnet) a, b, c, d, e und f, die übereinandergeschichtet sind. Ein Teil
(in diesem Fall genau l/X2) dieser Scheiben ist, wie aus Fig. 10a ersichtlich, mit
einer undurchsichtigen Schicht bedeckt.
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Diese Schicht kann auch in sich gerastert sein. Durch versetztes Aufeinanderschichten
der einzelnen Scheiben entsteht dann eine Scheibenkombination gemäß Fig. 10b mit
dem Modulationshub H. Rotieren beispielsweise (durch die Motoren 10ci, b, 10c und
10d über die Achsen 43, 44, 45 und 46 mit gleicher Drehwinkelphase angetrieben)
vier solcher Scheibenanordnungen im Strahlengang der vier Strahlenbündel der Einrichtung
Fig. 9, und zwar an der Stelle der (breit) eingezeichneten Modulationsscheiben 31,32,33
und 34, und sind die einzelnen Sektorenschichtungen so ange ordnet, wie in Fig.
14a aufgezeigt ist, dann wird derselbe Effekt (stufenweise) erzielt, als würden
vier Siemenssterne im Strahlenfeld sägezahnförmig hin-und herverschoben. Vorausgesetzt,
eine solche Anordnung mit Schichten gemäß Fig. 10b würde sich rechtsherum drehen,
dann würden erst die Schichten a, dann die Schichten b, dann die Schichten c, dann
die Schichten d, dann die Schichten e und schließlich die Schichten f gemeinsam
und gleichzeitig die Strahlenbündel modulieren. Der Drehwinkel der Schichtrasteranordnung
entspricht dann der Modulationsphase und der Abstand der Ebenen a und f zueinander
innerhalb der gleichen Anordnung dem maximalen Modulationshub.
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Durch entsprechende Verminderung der Scheibendicke undErhöhung derAnzahl
der Scheiben kann die wirksame Zahl der Modulationsebenenstufen innerhalb des gesamten
Modulationshubes auf ein praktisch brauchbares Maß gebracht werden. Es muß eine
möglichst hohe wirksameZahl von Modulationsebenen angestrebt werden, da die Auflösung
des Meßergebnisses mit der Zahl dieser Ebenen besser wird. Ob die Herstellung einer
derartigen Modulationsebenenanordnung durch Aufeinanderschichtung von einzelnen
Rasterscheiben oder durch die Schaffung einer eingängigen Schraube aus durchsichtigem
Material mit radial auf der Steigung angebrachten Rasterflächen erfolgt, muß den
jeweiligen fachmännischen Möglichkeiten und Bedürfnissen überlassen bleiben. Die
Anzeige der Nulldurchgänge (als Kriterium der Dickenabweichung) bei der Einrichtung
nach Fig. 9 kann auf mehrere Art und Weise erfolgen. Grundsätzlich handelt es sich
um die Aufgabe, den Abstand zweier Impulse genau zu bestimmen und zusätzlich die
Reihenfolge des Auftretens dieser Impulse festzulegen. Dem Fachmann sind heute viele
Verfahren zur Hand, um eine derartige Messung vornehmen zu können. Zur Erläuterung
des erfindungsgemäßenMeßverfahrens sollen jedoch eineAnzahl derartiger Meßmethoden
aufgeführt und erläutert werden.
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Den differenzbildenden Netzwerken 21 und 40 sind je eine Koinzidenzröhrenstufe
28 und 41 nachgeschaltet, die bei jedem Ausgangssignal Null einen scharfen Impuls
abgeben, der in den nachgeschalteten Impulsformerstufen nach Bedarf geformt und
entsprechende Polarität erhält. Die Polaritäten beider (des oberen und des unteren
Nullimpulses) Impulse sind entgegengesetzt, damit die Reihenfolge ihres Auftretens
gekennzeichnet ist. In diesem hier beschriebenen Fall soll der obere Impuls immer
positiv und der untere Impuls immer negativ sein. Führt man nun beide Impulse dem
Impulsrichtungs- und Abstandsindikator 30 zu, dann ergibt sich die Materialstärkenabweichung
aus dem gemessenen Impulsabstand und die Art der Abweichung
(dünner oder dicker)
aus der angezeigten Richtung.
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Als geeigneten Indikator kann man beispielsweise einen » Kathodenstrahloszillographen«
verwenden, dessen Elektronenstrahl K (s. Fig. 12 und 13) linien-bzw. kreisförmig
auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre54 (wie in den Zeichnungen Fig. 12 und
13) in der Zeitbasis abgelenkt wind. Die Meßimpulse (Nullsignale) werden auf die
Meßplatten des Oszillographen gegeben. Um eindeutige Ergebnisse zu erzielen, empfiehlt
sich, den Elektronenstrahl synchron mit der Modulationsphasenfolge der Modulationsebenen,
in diesem Fall also mit der Umlaufgeschwindigkeit der Schichtrasteranordnungen,
abzulenken (s. Fig. 9: »Sync«). Die Reihenfolge, in der die Impulse erscheinen,
zeigt an, ob das Meßobjekt dicker (in diesem Falle der Impulskennung erscheint erst
der positive Impuls) oder dünner (der negative Impuls erscheint zuerst) ist. Die
Anordnung der Positiv/ Negativ-Kennung kann auch umgekehrt erfolgen und bleibt dem
Fachmann überlassen. Der Abstand der Nullimpulse, in den Zeichnungen Fig. 12 und
13 als dD bezeichnet, ergibt die Größe der Materialstärkenabweichung. J+ und J-
sind der positive bzw. negative Impuls. Die Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt
in Pfeilrichtung. Schwankt das Meßobjekt bei konstanter Materialstärke zwischen
den Bezugsmeßebenen, dann bewegen sich die angezeigten Impulse auf der Meßbasis
des Kathodenstrahlrohres im Rhythmus dieser Schwankungen hin und her, ohne jedoch
ihren gegenseitigen Abstand zu verändern. Diese Art der Anzeige erschwert jedoch
eine sichere Ablesung bei schwankendem Meßobjekt.
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Die nachstehend beschriebene erfindungsgemäßeAnzeigevorrichtung vermeidet
diese Nachteile und garantiert auch bei schwankendem Meßobjekt eine ruhig stehen;de
Anzeige.
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Auf dem Bildschirm der Zweistrahl-Kathoden Zweistrahl-Kathodenstrahlröhre
55 (s. Fig. 15) sind die Leuchtspuren der beiden Elektronenstrahlen K1 und K2 zu
sehen, deren Nullinien mittels geeigneter Vorspannungen in vertikaler Richtung entgegengesetzt
verschoben sind. Für die Wirkungsweise der Anzeige spielt diese Nullinienverschiebung
keine Rolle. Ebenfalls kann man an Stelle der Zweistrahlröhre zwei Einstrahlröhren
verwenden. Die Zeitablenkung beider Strahlen ist so eingerichtet, daß der eine Strahl,
K1, nur dann einmal von links nach rechts abgelenkt wird, wenn ein positiver Impuls
den Kippgenerator erreicht, und der andere Strahl, K2, nur dann einmal von links
nach rechts abgelenkt wird, wenn ein negativer Impuls den Kippgenerator erreicht.
Die Ablenkgeschwindigkeit beider Strahlen muß gleich sein und ist ein Kriterium
des Meßbereiches. Sie darf nicht kleiner sein als die Modulationsphasenfolge, d.
h. bei der Einrichtung gemäß Fig. 9 nicht kleiner als die Umlaufgeschwindigkeit
der Schichtrasteranordnungen 31, 32, 33 und 34, da sonst zweideutige (doppelte oder
mehrfache) Anzeigen auftreten. Sämtliche von den Impulsformerstufen 29 und 42 kommenden
Impulse werden auf die Meßablenksysteme der Zweistrahlröhre geführt und lenken die
beiden Elektronenstrahlen senkrecht zur Zeitauslenkung ab. Durch Maßnahmen bekannter
Art (vorgeschaltete Dioden usw.) kann man ferner erreichen, daß der Elektronenstrahl
K, nur durch negative und der Elektronenstrahl K2 nur durch positive Impulse vertikal
ausgelenkt wird. Kommt nun als erster Impuls ein positiver Impuls, dann wird der
Elektronenstrahl K2 bei geeigneter Meßbereichswahl (beispielsweise durch Spreizung
des Anzeigebereiches, eine Maßnahme, die dem Fachmann geläufig sein dürfte)
außerhalb
des Sichtbereiches nach oben ausgelenkt; gleichzeitig startet der Elektronenstrahl
K1 zu einer einmaligen Ablenkung von links nach rechts. Kommt nun als zweiter Impuls
der Impulsfolge der negative Impuls, dann wird der Elektronenstrahl K1 vertikal
nach unten abgelenkt (1- in Fig. 15 b). Der zurückgelegte Weg des Elektronenstrahls
Kl von Beginn seiner Auslenkung links bis zum Eintreffen des negativen Impulses
(J-) ist ein Maß der (positiven) Materialstärkenabweichung, und zwar ist bei der
Reihenfolge der Abtastebenen der Einrichtungen nach Fig. 9 und 14a die Abweichung
positiv. Gleichzeitig mit der Ankunft des negativen Impulses wurde auch der Elektronenstrahl
K2 gestartet, der aber zu einer einmaligen Ablenkung von links nach rechts eilt,
ohne innerhalb des Meßbereiches (und auch Sichtbereiches) von dem nächstfolgenden
positiven Erstimpuls abgelenkt zu werden. Kommt dann der nächste Impuls, beginnt
die oben beschriebene Ablenkfolge von neuem.
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Ist jedoch der erste eintreffende Impuls ein negativer Impuls, z.
B. wenn der Istwert der Materialstärke kleiner ist als der Sollwert, dann startet
der Elektronenstrahl K2. Der darauf folgende positive Impuls lenkt diesen Strahl
K2 in vertikaler Richtung nach oben ab (s. Fig. 15c) und startet gleichzeitig den
Strahl K1 zu einer einmaligen Ablenkung, ohne daß dieser durch den nächstfolgenden
negativen Impuls im Sichtbereich ausgelenkt wird. Der zurückgelegte Weg des Elektronenstrahls
K2 von Beginn seiner Ablenkung links bis zum Eintreffen des positiven Impulses (J+)
ist das Maß der negativen Materialstärkenabweichung.
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Kommen nun (wenn Istwert=Sollwert) beide Impulse gleichzeitig, dann
werden beide Strahlen auch gleichzeitig gestartet und außerhalb des Meßbereiches
ausgelenkt. Das Anzeigebild auf dem Schirm der Zweistrahlröhre entspricht dann der
Zeichnung Fig. 15a.
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Die Art und Weise der Vertikalablenkung beider Elektronenstrahlen
kann dem Ermessen des Fachmanns überlassen werden und hat für die grundsätzliche
Arbeitsweise des Verfahrens keinerlei Bedeutung. Beide Nullinien können auch übereinanderliegen.
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Ferner können beide Strahlen auch durch entsprechende Vorspannung
verdunkelt sein und nur dann mit Hilfe bekannter Helltastmaßnahmen kurzzeitig aufgehellt
werden, wenn der zugehörige Meßimpuls das jeweils indizierende Meßsystem erreicht.
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Die Anzeige der Impulsabstände und Reihenfolgen als Kriterium der
Materialstärkenabweichung kann auch folgendermaßen erfolgen (s. dazu Fig. 16): Ein
Doppelstrahlrohr 56 ist derart angeordnet, daß die Zeitablenkung beider Strahlen
in vertikaler und die Meßablenkung in horizontaler Richtung erfolgen kann.
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(Man kann diese Anordnung auch um 900 drehen).
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Die Zeitablenkung des einen Systems ist derart eingerichtet, daß der
Elektronenstrahl K3, der mittels einer Kippvorrichtung zur einmaligen Strahlablenkung
oben außerhalb des Sichtbereiches oder außerhalb einer auf oder vor dem Bildschirm
56 befindlichen Meßskala verdunkelt liegt, nur dann (verdunkelt) zur Mitte des Bildschirms
zurückspringt, um aufgehellt einmal mit gleichmäßiger Ablenkgeschwindigkeit nach
oben wieder auszuwandern, wenn ein positiver Impuls den Kippgenerator für die einmalige
Zeitauslenkung erreicht. Die Zeitauslenkung des anderen Systems ist so eingerichtet,
daß der Elektronenstrahl K4, der unten außerhalb des Sichtbereiches oder außerhalb
der Meßskala verdunkelt liegt, nur dann (verdunkelt) zur Mitte des Bildschirms zurückspringt,
um einmal mit gleicher Geschwindigkeit wie vorher der obere
Strahl K2 nach unten
auszuwandern, wenn ein negativer Impuls den Kippgenerator für die einmalige Auslenkung
erreicht. Die Zuführung der Meßimpulse auf die Meßplatten und eine eventuelle Impulsunterdrückung
kann in ähnlicher Weise erfolgen wie bei der Anzeigeeinrichtung gemäß Fig. 15. Die
dann entstehenden Schirmbilder sind den Zeichnungen 16 a bis 16c zu entnehmen.
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Fig. 16a zeigt das Schirmbild bei gleichzeitigem Eintreffen der Impulse
(Istwert = Sollwert), Fig. 16b zeigt das Schirmbild, wenn der positive Impuls zuerst
eintrifft (positive Abweichung der Materialstärke), und Fig. 16 c zeigt das Schirmbild,
wenn der negative Impuls zuerst eintrifft (negative Abweichung der Materialstärke)
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Außer dieser Art der Anzeige und Auswertung der Impuls abstände und
Reihenfolgen kann man auch anders verfahren. Beispielsweise sei der Weg aufgezeigt,
daß man d-ie (positiven und negativen) Impulse zwei Netzwerken zuführt (z. B. monostabilen
Multivibratoren),von denen das eine jeweils durch den positiven Impuls geöffnet
und den negativen geschlossen wird und das andere Netzwerk durch einen negativen
Impuls geöffnet und einen positiven geschlossen wird.
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Durch Integration der durch den Offnungs- und Schließungsimpuls begrenzten,
annähernd rechteckförmigen Netzwerkimpulse kann der Abstand der einzelnen Nullsignalimpulse
innerhalb eines zugehörigen Impulspaares und damit die Materialstärkenabweichung
gemessen werden. Das jeweils indizierende Netzwerk, das durch den ersten Impuls
eines Impulspaares angestoßen wird, bezeichnet die Richtung der Abweichung (+ oder
-).
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PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zur Materialstärkenmessung undurchsichtiger
Stoffe, insbesondere zur Bestimmung von Blechstärken, mit Hilfe sichtbarer oder
unsichtbarer Lichtstrahlen einschließlich der Wärmestrahlung, bei der das Meßobjekt
zwischen zwei die Strahlungsempfänger enthaltenden, parallel zueinander verlaufenden
Bezugsmeßebenen oder Meßpunkten mit bekanntem Abstand derart untergebracht wird,
daß die beiderseitigen Abstände oder, bei einseitiger Anlage des Objekts an einer
Meßstelle, der einseitige Abstand zwischen Objekt und Meßstelle(n) in einem optischen
Meßvorgang bestimmt werden, und die Materialstärke als Differenz des Meßstellenabstandes
und der gemessenen Abstände bzw. des gemessenen Abstands ermittelt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß Abweichungen von vorgegebenen Bildebenen der (des) Abbildungssysteme(systems),
die als Meßbereiche für die verschiedenen Materialstärken an der Meßeinrichtung
einstellbar sind, und damit Materialstärkenänderungen innerhalb des jeweils eingestellten
Meßbereiches mittels fotoelektrisch oder ähnlich wirksamer Strahlungsempfänger als
Kriterium der Abbildungsschärfenverhältnisse (Biidebenenabweichungen) der angestrahlten
oder eigenstrahlenden Materialoberflächen bestimmt werden.