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WO2016177370A1 - Messsystem mit temperaturkompensation und vorrichtung mit einem solchen messsystem - Google Patents

Messsystem mit temperaturkompensation und vorrichtung mit einem solchen messsystem Download PDF

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WO2016177370A1
WO2016177370A1 PCT/DE2016/200204 DE2016200204W WO2016177370A1 WO 2016177370 A1 WO2016177370 A1 WO 2016177370A1 DE 2016200204 W DE2016200204 W DE 2016200204W WO 2016177370 A1 WO2016177370 A1 WO 2016177370A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring system
sensor
guide
measuring
marks
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE2016/200204
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Kirschner
Herbert FUELLMEIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Micro Epsilon Messtechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Micro Epsilon Messtechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Micro Epsilon Messtechnik GmbH and Co KG filed Critical Micro Epsilon Messtechnik GmbH and Co KG
Publication of WO2016177370A1 publication Critical patent/WO2016177370A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B1/00—Measuring instruments characterised by the selection of material therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/028—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring lateral position of a boundary of the object
    • G—PHYSICS
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    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
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    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0011—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight
    • G01B5/0014—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight due to temperature

Definitions

  • the invention relates to a Messsystenn with at least one contactless sensor which is along a guide, in particular a frame leg, a rail, a traverse or the like., Is movable relative to an object to be measured. Furthermore, the invention relates to a method which is used in a measuring system according to the invention.
  • the measuring system in question here finds its application in the measurement of the width of any objects, but also in the simultaneous measurement of width and thickness of any objects, wherein the objects are piece-shaped objects (eg sheets) or web-shaped objects ( eg bands).
  • the measurement is carried out regularly in a measuring gap with a measuring mechanism or measuring device attached to a machine frame, wherein the measuring device comprises at least one position sensor directed at the measuring object.
  • Devices with corresponding measuring systems and methods for using corresponding devices or measuring systems have been known for years in various embodiments from practice.
  • the width measurement of strip material by means of C- or O-frame-shaped measuring arrangements, wherein the measuring system comprises non-contact sensors.
  • the known systems bring a serious disadvantage with them, at least when they come at different temperatures or in the course of temperature used.
  • increasing temperature namely expands the frame leg or the traverse with the movable there sensors, thereby measuring errors.
  • width of the traverse thermal expansion is becoming increasingly important.
  • a reduction in temperature has the opposite effect, which also leads to measurement errors.
  • the thermal expansion also makes problems especially with incremental measuring systems, especially since there usually a steel carrier tape is used, which is magnetically encoded.
  • the code marks provided there are scanned magnetically or inductively. As the temperature increases, the band expands, increasing the distance of the code marks, resulting in a corresponding measurement error.
  • the present invention is therefore based on the object, a measuring system of the generic type to design and further develop that a precise determination of the width of a DUT is possible.
  • a thickness measurement should be possible simultaneously or in combination.
  • the generic measuring system is characterized in that for compensating thermal expansions of the measuring system, in particular the guide or a traverse or a code marks comprehensive carrier tape, a reference marks containing gauge, such as a ruler is arranged with the least possible thermal expansion parallel to the guide, wherein the reference marks are designed as geometrical, optical, electrical and / or magnetic marks, which are detectable according to their nature, wherein the positions of the reference marks can be determined via the at least one sensor of the measuring system or via a further sensor during a calibration drive.
  • a reference mark-containing gauge is provided, for example, a ruler.
  • the gauge has the lowest possible thermal expansion and is arranged parallel to the guide.
  • the reference marks are designed as geometric, optical, electrical and / or magnetic marks. They can be scanned or detected according to their nature by suitable sensor, wherein the position of the reference marks are determined via a sensor of the measuring system or via a further sensor during a calibration.
  • the measuring system according to the invention can be used quite generally in the context of the width measurement of piece-shaped objects, bands or webs, etc., also in the context of systems in which at the same time a Thickness measurement of the object or target takes place.
  • Essential is the temperature compensation in relation to the width measurement.
  • the width measurement may be combined with the thickness measurement, with one of at least two sensors involved in both measurements.
  • the measurement of width and thickness is thus combined in a single device, so that the least possible expenditure on equipment is required.
  • the processing of the measurement data and the underlying algorithms correspond to the methods used hitherto using non-contact sensors, so that it is possible to dispense with an explanation in this regard.
  • the sensors used for the actual measurement are designed as optical sensors, which may be laser sensors or laser profile sensors or laser scanners. With the laser profile sensors, the width of the object, for example, one or more adjacent / running bands, measured, each of the two sensors detects an edge of the tape to be measured. The laser line runs transversely to the edge of the strip.
  • the laser profile sensors are fastened in a further advantageous manner on sensor carriages which are seated on a guide or traversing unit. Accordingly, the laser profile sensors can be moved transversely to the tape direction according to the length of the crosshead.
  • two opposing sensors forming the measuring gap are provided, which are preferably mechanically coupled in their movement. Accordingly, they run synchronously.
  • the two sensors intended for thickness measurement move together along a traverse or the like, preferably on a carriage above and below the object up to the edge regions or edges of the object, over the object and up to the opposite edge region or to the edge and back.
  • the approach and determination of the edge coordinates of the object is used for width measurement and the driving over the object can be used for thickness measurement.
  • the measuring device comprises at least one third non-contact sensor, preferably also an optical sensor, in particular a laser sensor or a laser profile sensor or laser scanner, which is used together with the first sensor for width measurement.
  • the third sensor operates independently of the first two sensors and is preferably movable on a carriage with its own drive along one of the two traverses.
  • the third sensor runs on the same Traverse as the first sensor. It should be noted that the term "traverse" is to be understood as a linear guide.
  • the measuring system can be assigned to a C or O frame, wherein it is essential that the sensors can be moved along a traverse transversely to the conveying direction of the object.
  • the measuring device comprises a calibration standard to which reference measurements serving to calibrate the sensors / measuring system can be carried out.
  • a calibration standard to which reference measurements serving to calibrate the sensors / measuring system can be carried out.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a measuring system according to the invention with the basic provision of a device for compensating thermal expansions of the measuring device or the guide or traverse,
  • Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 4 is a schematic representation of the device of FIG. 3, in a second step the calibration of the width (horizontal sensor distance),
  • Fig. 5 is a schematic representation of the device of Fig. 3, in a third step, the detection of the edges, that is, the measurement of the width and
  • FIG. 6 is a schematic representation of the apparatus of FIG. 3, in a fourth step the thickness measurement.
  • the width measurement can be made in strip material of different width, the sensors 1, 3 are mounted on sensor slides 4, 6, the on drive a traversing unit, whereby the sensors are movable transversely to the tape direction.
  • This sensor 2 is coupled to the sensor 1, so that the two sensors 1, 2 run synchronously.
  • the sensors 1 and 2 serve to measure the thickness in the measuring gap 10.
  • the distance wp of the two sensors 1, 3 is detected in practice by means of an incremental measuring system.
  • an offset where between the measured value of the sensors 1, 3 and the incrementally measured distance due to tolerances, etc. is to be taken into account, wherein the sign of the measured values from the middle of the line to the frame is negative and from the line center to the carrier positive.
  • the width WA of a target or object 1 1 is thus calculated by:
  • Figure 2 shows an embodiment of a measuring system according to the invention, according to which a special temperature compensation is provided. Since the distance w p of the two commonly provided sensors is regularly detected by means of an incremental measuring system, an offset is between where Measured value of the profile sensors and the incrementally measured distance due to tolerances, etc. to be considered. Here, a calibration is performed regularly. With regard to temperature-related measurement errors, it is important that the incremental measuring system is based on a steel carrier tape 15 which is magnetically coded. The code marks are scanned magnetically or inductively. As the temperature increases, the band expands, increasing the distance of the code marks, resulting in a corresponding measurement error. With increasing widths of the traverse or the carrier tape 15, the thermal expansion is becoming increasingly important.
  • a reduction in temperature has the opposite effect, which also leads to significant measurement errors.
  • It is a ruler 12 provided of a material with the least possible thermal expansion, for example made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or glass-ceramic material (Zerodur®), the thermal expansion is negligible.
  • Reference marks 13 are embedded in the ruler. The marks 13 can be detected with a further sensor 14 which is arranged on the sensor carriage 4 and / or 6 of the traversing unit 7.
  • the calibration of the distance of the reference marks could also be carried out in the laboratory by measuring and storing the distance of the reference marks on the ruler with an independent measuring device (distance sensor, scale, etc.) under known ambient conditions (room temperature TO).
  • the position of the reference marks 13 at certain intervals for example, at time t, measured. If the length of the carrier strip or the guide changes, for example due to temperature expansion, then the position value of the marker 13 changes at the time t, and the extension of the guide can be measured by changing the difference between two marker positions Mp, and ⁇ , + ⁇ . Taking into account the extent of the tape measure
  • Aw (t) (M Pi (t0) -M) - ⁇ M m -M holds for the width at time t
  • W A W p + W 0 ⁇ ( W M l + W M l ⁇ (Decisive is a clever combination of marker 13 and another sensor 14.
  • the mark 13 must be easily detected by the sensor It is possible to use almost any geometrical, optical, magnetic or electrical markers 13. Furthermore, it is necessary for the position of the mark 13 to be determined with sufficient accuracy, which is why sensors which measure almost point-wise, for example optical ones, are particularly advantageous sensors.
  • Figures 3 to 6 show the basic structure of a generic device for width and thickness measurement, which is influenced by the thermal expansion of the frame parts.
  • a band 1 1 is provided as an object or target.
  • the measuring device shown in FIGS. 2 to 6 comprises a first sensor 1, an opposing second sensor 2 and a third sensor 3 independent of the first sensor 1 and the second sensor 2 in the movement.
  • the sensors 1, 2 and 3 are concerned These are optical sensors, more precisely laser profile sensors or laser scanners.
  • the two opposing sensors 1 and 2 are mechanically coupled in their movement, thus move synchronously.
  • the third sensor 3 moves independently thereof.
  • the sensors 1 and 3 are each associated with a carriage 4, 5.
  • the third sensor 3 is associated with a carriage 6.
  • the slides 4, 5 and 6 with the attached sensors 1, 2 and 3 run along a guide or traverse 7, 8, wherein the sensors 1 and 3 along the upper cross member 7 and the sensor 2 along the lower cross member 8 is movable ,
  • the trusses 7, 8 are part of a frame not shown in the figures.
  • An integral part of the device is a calibration standard 9, which serves both to calibrate the sensor arrangement with respect to the thickness measurement and with respect to the width measurement or the determination of the edges.
  • the measurement object runs, which is a singular band 1 1.
  • the direction of movement of the belt 1 1 is directed into the image plane.
  • the sensors 1, 2 and 3 or the slides 4, 5 and 6 move transversely to the direction of movement of the belt 1 1.
  • Figure 3 shows in a first step, the thickness calibration based on the calibration standard 9, wherein the first sensor 1 and the second sensor. 2 measure in a known manner against each other and wherein the calibration standard 9 between the two mutually assigned sensors 1, 2 is located.
  • the third sensor 3 has no function in the first step.
  • FIG. 4 shows in the second step the width calibration, the first sensor 1 and / or the second sensor 2 detecting the left edge of the calibration standard 9 and the third sensor 3 detecting the right edge of the calibration standard 9.
  • the width of the band 1 1 is measured, wherein the first and second sensors 1, 2 coupled in the movement detect the left edge of the band 1 1 and the third sensor 3 the right edge of the band 1 1.
  • the first sensor 1 and the second sensor 2 (sensor pair 1, 2) move transversely to the direction of movement of the belt 1 1 along the width of the belt 1 1 to the right to measure the thickness of the belt 1 1 across the entire width
  • Step four is shown in FIG. Only after the sensor pair 1, 2 has returned to the left starting position, the width can be measured again according to step 3 of FIG 5.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Ein Messsystem mit mindestens einem kontaktlos arbeitenden Sensor, der entlang einer Führung, insbesondere eines Rahmenschenkels, einer Schiene, einer Traverse oder dgl., relativ zu einem zu vermessenden Objekt verfahrbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation thermischer Ausdehnungen des Messsystems, insbesondere der Führung, eine Referenzmarken enthaltende Lehre, beispielsweise ein Lineal, mit möglichst geringer thermischer Ausdehnung parallel zu der Führung angeordnet ist, wobei die Referenzmarken als geometrische, optische, elektrische und/oder magnetische Marken ausgeführt sind, die entsprechend ihrer Beschaffenheit detektierbar sind, wobei die Positionen der Referenzmarken über den mindestens einen Sensor des Messsystems oder über einen weiteren Sensor während einer Kalibrierfahrt ermittelbar sind.

Description

MESSSYSTEM MIT TEMPERATURKOMPENSATION UND VORRICHTUNG MIT EINEM SOLCHEN MESSSYSTEM
Die Erfindung betrifft ein Messsystenn mit mindestens einem kontaktlos arbeitenden Sensor, der entlang einer Führung, insbesondere eines Rahmenschenkels, einer Schiene, einer Traverse oder dgl., relativ zu einem zu vermessenden Objekt verfahrbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren, welches bei einem erfindungsgemäßen Messsystem zur Anwendung kommt.
Das hier in Rede stehende Messsystem findet seine Anwendung bei der Messung der Breite beliebiger Objekte, aber auch bei der gleichzeitigen Messung von Breite und Dicke beliebiger Objekte, wobei es sich bei den Objekten um stückgutförmige Objekte (z. B. Bleche) oder bahnförmige Objekte (z. B. Bänder) handeln kann. Die Messung erfolgt regelmäßig in einem Messspalt mit einer an einem Maschinenrahmen angebrachten Messmechanik bzw. Messeinrichtung, wobei die Messeinrichtung mindestens einen auf das Messobjekt gerichteten Positionssensor umfasst. Vorrichtungen mit entsprechenden Messsystemen und Verfahren zur Nutzung entsprechender Vorrichtungen bzw. Messsysteme sind seit Jahren in den unterschiedlichsten Ausführungsformen aus der Praxis bekannt. So erfolgt die Breitenmessung von Bandmaterial mittel C- oder O-rahmenförmigen Messanordnungen, wobei das Messsystem berührungslos arbeitende Sensoren umfasst.
Im Konkreten ist es bekannt, die Breitenmessung mit zwei Positionssensoren durchzuführen, die von beiden Seiten her auf die jeweilige Kante des Messobjekts messen. Aus der Differenzbildung der beiden Messwertsignale ergibt sich bei bekanntem Abstand der Wegmesssensoren zueinander die Breite des Objekts. Handelt es sich bei dem Objekt um Bandmaterial, kommen traversierende Messmethoden zum Einsatz, wobei die beiden Wegmesssensoren meist paarweise quer zur Transporteinrichtung bzw. Längsrichtung des Bandmaterials bewegt werden. Es werden gemäß DE 3 543 852 A1 oder DE 39 00 928 C1 optische Sensoren, gemäß DE 4 126 921 C2 induktive Sensoren oder gemäß DE 10 2006 024 761 A1 kontaktbehaftete Sensoren zur Abtastung verwendet.
Des Weiteren ist aus der Praxis die Dickenmessung hinlänglich bekannt. Lediglich beispielhaft sei dazu auf die WO 1998/014751 A1 verwiesen.
Will man bei der Herstellung von bandförmigen Blechen oder Bahnen unterschiedlichster Materialien sowohl die Breite als auch die Dicke des Materials überwachen bzw. messen, ist es bislang erforderlich gewesen, zwei unterschiedliche Systeme und entsprechend unterschiedliche Messvorrichtungen zum Einsatz zu bringen, nämlich zum einen eine Vorrichtung zur Messung der Breite des Objekts und zum anderen eine Vorrichtung zur Messung der Dicke des Objekts. Dies ist konstruktiv/apparativ aufwändig und erfordert einen nicht unerheblichen Bauraum.
Außerdem bringen die bekannten Systeme einen gravierenden Nachteil mit sich, jedenfalls dann, wenn sie bei unterschiedlichen Temperaturen bzw. im Temperaturverlauf zum Einsatz kommen. Mit zunehmender Temperatur dehnt sich nämlich der Rahmenschenkel bzw. die Traverse mit den dort verfahrbaren Sensoren aus, wodurch Messfehler entstehen. Mit größer werdender Breite der Traverse fällt die thermische Ausdehnung immer stärker ins Gewicht. Eine Verringerung der Temperatur hat den umgekehrten Effekt, was ebenso zu Messfehlern führt. Die thermische Ausdehnung macht insbesondere auch bei inkrementellen Messsystemen Probleme, zumal dort üblicherweise ein Stahl-Trägerband genutzt wird, welches magnetisch kodiert ist. Die dort vorgesehenen Codemarken werden magnetisch oder induktiv abgetastet. Bei zunehmender Temperatur dehnt sich das Band aus, wodurch sich der Abstand der Codemarken vergrößert, was zu einem entsprechenden Messfehler führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem der gattungsbildenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine präzise Bestimmung der Breite eines Messobjekts möglich ist. Außerdem soll gleichzeitig bzw. in Kombination eine Dickenmessung möglich sein.
Voranstehende Aufgabe ist in Bezug auf das erfindungsgemäße Messsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist das gattungsbildende Messsystem dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation thermischer Ausdehnungen des Messsystems, insbesondere der Führung bzw. einer Traverse oder eines Codemarken umfassenden Trägerbandes, eine Referenzmarken enthaltende Lehre, beispielsweise ein Lineal, mit möglichst geringer thermischer Ausdehnung parallel zu der Führung angeordnet ist, wobei die Referenzmarken als geometrische, optische, elektrische und/oder magnetische Marken ausgeführt sind, die entsprechend ihrer Beschaffenheit detektierbar sind, wobei die Positionen der Referenzmarken über den mindestens einen Sensor des Messsystems oder über einen weiteren Sensor während einer Kalibrierfahrt ermittelbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 8 gelöst, wobei sich dieses Verfahren insbesondere auch bei kombinierter Messung von Breite und Dicke eines flächigen Objekts, insbesondere eines Blechs, eines Bands oder einer Bahn, anwenden lässt, wobei zur Temperaturkompensation, das heißt zur Kompensation thermischer Ausdehnungen des Messsystems, eine Referenzmarken enthaltende Lehre vorgesehen ist, beispielsweise ein Lineal. Die Lehre hat eine möglichst geringe thermische Ausdehnung und ist parallel zu der Führung angeordnet. Die Referenzmarken sind als geometrische, optische, elektrische und/oder magnetische Marken ausgeführt. Sie lassen sich entsprechend ihrer Beschaffenheit von geeigneten Sensor abtasten bzw. Detektieren, wobei die Position der Referenzmarken über einen Sensor des Messsystems oder über einen weiteren Sensor während einer Kalibrierfahrt ermittelt werden.
Das erfindungsgemäße Messsystem kann ganz allgemein im Rahmen der Breitenmessung von stückförmigen Objekten, Bändern oder Bahnen, etc. verwendet werden, auch im Rahmen von Systemen, bei denen gleichzeitig eine Dickenmessung des Objekts bzw. Targets erfolgt. Wesentlich ist die Temperaturkompensation in Bezug auf die Breitenmessung.
Entsprechend den voranstehenden Ausführungen kann die Breitenmessung mit der Dickenmessung kombiniert sein, wobei einer von mindestens zwei Sensoren an beiden Messungen beteiligt ist. Fakultativ ist somit die Messung von Breite und Dicke in einer einzigen Vorrichtung kombiniert, so dass ein geringstmöglicher apparativer Aufwand erforderlich ist. Die Verarbeitung der Messdaten sowie zugrundeliegende Algorithmen entsprechen den bislang zum Einsatz kommenden Verfahren unter Nutzung berührungslos arbeitender Sensoren, so dass auf eine diesbezügliche Erläuterung verzichtet werden kann. In ganz besonders vorteilhafter Weise sind die für die eigentliche Messung zum Einsatz kommenden Sensoren als optische Sensoren ausgeführt, wobei es sich dabei um Lasersensoren bzw. Laserprofilsensoren oder Laserscanner handeln kann. Mit den Laserprofilsensoren wird die Breite des Objekts, beispielsweise eines oder mehrerer nebeneinander liegender/laufender Bänder, gemessen, wobei jeder der beiden Sensoren eine Kante des zu messenden Bandes detektiert. Die Laserlinie verläuft dabei quer zur Kante des Bandes. Damit die Breitenmessung bei Bandmaterial unterschiedlicher Breite erfolgen kann, sind die Laserprofilsensoren in weiter vorteilhafter Weise auf Sensorschlitten befestigt, die auf einer Führung bzw. Traversiereinheit sitzen. Entsprechend lassen sich die Laserprofilsensoren quer zur Bandrichtung entsprechend der Länge der Traverse bewegen.
Sofern das Messsystem auch zur Dickenmessung genutzt werden soll, sind zwei gegenüberliegende, den Messspalt bildende Sensoren vorgesehen, die in Ihrer Bewegung vorzugsweise mechanisch gekoppelt sind. Entsprechend laufen sie synchron.
Die beiden zur Dickenmessung bestimmten Sensoren bewegen sich entlang einer Traverse oder dergleichen, vorzugsweise auf einem Schlitten, gemeinsam oberhalb und unterhalb des Objekts bis zu den Randbereichen bzw. Kanten des Objekts, und zwar über das Objekt hinweg und bis zu dem gegenüberliegenden Randbereich bzw. zu der Kante und zurück. Das Anfahren und Ermitteln der Randkoordinaten des Objekts dient zur Breitenmessung und das Überfahren des Objekts kann zur Dickenmessung herangezogen werden.
In vorteilhafter Weise umfasst die Messeinrichtung mindestens einen dritten berührungslos arbeitenden Sensor, vorzugsweise ebenfalls einen optischen Sensor, insbesondere einen Lasersensor bzw. einen Laserprofilsensor oder Laserscanner, der gemeinsam mit dem ersten Sensor zur Breitenmessung dient. Der dritte Sensor arbeitet unabhängig von den ersten beiden Sensoren und ist vorzugsweise auf einem Schlitten mit einem eigenen Antrieb entlang einer der beiden Traversen verfahrbar. In vorteilhafter Weise läuft der dritte Sensor auf der gleichen Traverse wie der erste Sensor. Es sei angemerkt, dass der Begriff „Traverse" schlechthin als Linearführung zu verstehen ist.
Das Messsystem kann einem C- oder O-Rahmen zugeordnet sein, wobei wesentlich ist, dass die Sensoren entlang einer Traverse quer zur Förderrichtung des Objekts verfahrbar sind.
Es ist von weiterem Vorteil, wenn die Messeinrichtung ein Kalibriernormal umfasst, an dem zur Kalibrierung der Sensoren/des Messsystems dienende Referenz- Messungen durchführbar sind. Somit ist eine integrale Kalibrierung der Messsystems geschaffen.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche sowie auf ein nachfolgend erörtertes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 in einer schematischen Darstellung das Grundprinzip der differenziellen Breitenmessung und Kalibrierung, wobei dort das erfindungsgemäße Messsystem Anwendung finden kann.
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems mit der grundsätzlichen Vorkehrung einer Einrichtung zur Kompensation thermischer Ausdehnungen der Messeinrichtung bzw. der Führung oder Traverse,
Fig. 3 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung mit einem Messsystem zur Breiten- und Dickenmessung, ohne Kompensation thermischer Ausdehnungen, in einem ersten Schritt die Kalibrierung der Dicke (vertikaler Sensorabstand),
Fig. 4 in einer schematischen Darstellung die Vorrichtung aus Fig. 3, in einem zweiten Schritt die Kalibrierung der Breite (horizontaler Sensorabstand),
Fig. 5 in einer schematischen Darstellung die Vorrichtung aus Fig. 3, in einem dritten Schritt die Detektion der Kanten, das heißt die Messung der Breite und
Fig. 6 in einer schematischen Darstellung die Vorrichtung aus Fig. 3, in einem vierten Schritt die Dickenmessung.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht das Grundprinzip der differentiellen Breitenmessung und -Kalibrierung mit zwei Laserprofilsensoren (Laserscanner) 1 , 3. Mit diesen Sensoren 1 , 3 wird die Breite von einem oder mehreren Bändern 1 1 gemessen, wobei jeder der beiden Sensoren 1 , 3 eine Kante des zu messenden Bandes 1 1 detektiert. Die Laserlinie ist dabei quer zur Kante des Bandes 1 1 ausgerichtet. Damit die Breitenmessung bei Bandmaterial unterschiedlicher Breite erfolgen kann, sind die Sensoren 1 , 3 auf Sensorschlitten 4, 6 angebracht, die auf einer Traversiereinheit fahren, wodurch die Sensoren quer zur Bandrichtung bewegbar sind.
Ein weiterer Sensor 2, angeordnet auf einem Schlitten 5, ist in Figur 1 lediglich angedeutet. Dieser Sensor 2 ist mit dem Sensor 1 gekoppelt, so dass die beiden Sensoren 1 , 2 synchron laufen. Die Sensoren 1 und 2 dienen zur Dickenmessung im Messspalt 10.
Sensor 2 läuft auf einer unteren Traverse 8, die in Figur 1 ebenfalls lediglich angedeutet ist.
Der Abstand wp der beiden Sensoren 1 , 3 wird in der Praxis mit Hilfe eines inkrementellen Messsystems erfasst. Dabei ist ein Offset wo zwischen dem Messwert der Sensoren 1 , 3 und dem inkrementell gemessenen Abstand aufgrund von Toleranzen etc. zu berücksichtigen, wobei das Vorzeichen der Messwerte von der Linienmitte zum Rahmen negativ und von der Linienmitte zum Traget positiv zu wählen ist. Dieser Offsetwert wird mit Hilfe eines Kalibriervorgangs ermittelt. Seien WMI und WM2 die Messwerte der beiden Sensoren 1 , 3 und WK die Breite des Kalibriernormals 9, so ergibt sich der Offset aus w0= (wK + wM1 + wM2 ) - wP
Die Breite WA eines Targets bzw. Objekts 1 1 berechnet sich damit durch:
Figure imgf000009_0001
Für eine sehr präzise Bestimmung der Breite des Messobjektes ist es erforderlich, eine thermische Ausdehnung des inkrementellen Messsystems zu kompensieren. Dies wird nachfolgend zu Fig. 2 erläutert werden.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems, wonach eine besondere Temperaturkompensation vorgesehen ist. Da der Abstand wp der beiden üblicherweise vorgesehenen Sensoren regelmäßig mit Hilfe eines inkrementellen Messsystems erfasst wird, ist ein Offset wo zwischen dem Messwert der Profilsensoren und dem inkrementell gemessenen Abstand aufgrund von Toleranzen, etc. zu berücksichtigen. Hier wird regelmäßig eine Kalibrierung vorgenommen. In Bezug auf temperaturbedingte Messfehler ist von Bedeutung, dass das inkrementelle Messsystem auf einem Stahl-Trägerband 15 basiert, das magnetisch kodiert ist. Die Codemarken werden magnetisch oder induktiv abgetastet. Bei steigender Temperatur dehnt sich das Band aus, wodurch sich der Abstand der Codemarken vergrößert, was zu einem entsprechenden Messfehler führt. Mit größer werdenden Breiten der Traverse bzw. des Trägerbands 15 fällt die thermische Ausdehnung immer stärker ins Gewicht. Eine Verringerung der Temperatur hat den umgekehrten Effekt, was ebenso zu erheblichen Messfehlern führt. Es ist ein Lineal 12 aus einem Material mit möglichst geringer thermischer Ausdehnung vorgesehen, beispielsweise aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder glaskeramischem Werkstoff (Zerodur®), dessen Temperaturausdehnung zu vernachlässigen ist. In das Lineal sind Referenzmarken 13 eingelassen. Die Marken 13 können mit einem weiteren Sensor 14, der auf dem Sensorschlitten 4 und/oder 6 der Traversiereinheit 7 angeordnet ist, erfasst werden.
In einem Kalibriervorgang bei einer Referenztemperatur, beispielsweise bei Raumtemperatur (z. B. 20°C), wird jede Marke i (i= 1 ... n) einer Position Mpi (to) auf dem inkrementellen Messsystem zugeordnet. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass in einer Kalibrierfahrt zum Zeitpunkt tO der Sensorschlitten 4 und/oder 6 über die Breite verfahren wird und dabei die Positionen der Referenzmarken 13 mit dem weiteren Sensor 14 erfasst und in einem Speicher abgelegt werden. Die Kalibrierung des Abstandes der Referenzmarken könnte auch im Labor erfolgen, indem bei bekannten Umgebungsbedingungen (Raumtemperatur TO) der Abstand der Referenzmarken auf dem Lineal mit einem unabhängigen Messmittel (Abstandssensor, Massstab etc.) gemessen und gespeichert wird. Im späteren Betrieb wird die Position der Referenzmarken 13 in bestimmten Abständen, beispielsweise zum Zeitpunkt t, gemessen. Verändert sich die Länge des Trägerbands bzw. der Führung, etwa durch Temperaturausdehnung, so verändert sich der Positionswert der Marke 13 zum Zeitpunkt t, und die Ausdehnung der Führung kann über die Veränderung der Differenz zweier Markenpositionen Mp, und Μρ,+ι gemessen werden. Unter der Berücksichtigung der Ausdehnung des Maßbands
Aw(t) =(MPi (t0) -M ) -{Mm -M gilt für die Breite zum Zeitpunkt t
W A = W p + W 0 ~ ( W M l + W M l ~ ( Die Marken 13 können beliebig ausgestaltet werden. Entscheidend ist eine geschickte Kombination aus Marke 13 und einem weiteren Sensor 14. Die Marke 13 muss von dem Sensor leicht detektiert werden können. Es können dabei nahezu beliebige geometrische, optische, magnetische oder elektrische Marken 13 verwendet werden. Weiterhin ist es notwendig, dass die Position der Marke 13 mit genügender Genauigkeit bestimmt wird. Besonders günstig sind daher Sensoren, die nahezu punktförmig messen, beispielsweise optische Sensoren.
Die Figuren 3 bis 6 zeigen den grundsätzlichen Aufbau einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Breiten- und Dickenmessung, die durch die thermische Ausdehnung der Rahmenteile beeinflusst wird. Als Objekt bzw. Target ist ein Band 1 1 vorgesehen.
Die in den Figuren 2 bis 6 gezeigte Messeinrichtung umfasst einen ersten Sensor 1 , einen gegenüberliegenden zweiten Sensor 2 und einen von dem ersten Sensor 1 und dem zweiten Sensor 2 in der Bewegung unabhängigen dritten Sensor 3. Bei den Sensoren 1 , 2 und 3 handelt es sich um optische Sensoren, genauer gesagt um Laserprofilsensoren bzw. Laserscanner. Die beiden gegenüberliegenden Sensoren 1 und 2 sind in ihrer Bewegung mechanisch gekoppelt, bewegen sich somit synchron. Der dritte Sensor 3 bewegt sich davon unabhängig. Die Sensoren 1 und 3 sind jeweils einem Schlitten 4, 5 zugeordnet. Der dritten Sensor 3 ist einem Schlitten 6 zugeordnet. Die Schlitten 4, 5 und 6 mit den daran befestigten Sensoren 1 , 2 und 3 laufen entlang einer Führung bzw. Traverse 7, 8, wobei die Sensoren 1 und 3 entlang der oberen Traverse 7 und der Sensor 2 entlang der unteren Traverse 8 verfahrbar ist. Die Traversen 7, 8 sind Teil eines in Figuren nicht weiter gezeigten Rahmens.
Integraler Bestandteil der Vorrichtung ist ein Kalibiernormal 9, welches sowohl zur Kalibrierung der Sensoranordnung in Bezug auf die Dickenmessung als auch in Bezug auf die Breitenmessung bzw. die Ermittlung der Kanten dient. Zwischen den Traversen 7, 8, das heißt im Messspalt 10, läuft das Messobjekt, wobei es sich dabei um ein singuläres Band 1 1 handelt. Die Bewegungsrichtung des Bandes 1 1 ist in die Bildebene hinein gerichtet. Die Sensoren 1 , 2 und 3 bzw. die Schlitten 4, 5 und 6 bewegen sich quer zur Bewegungsrichtung des Bandes 1 1. Figur 3 zeigt in einem ersten Schritt die Dickenkalibrierung anhand des Kalibriernormals 9, wobei der erste Sensor 1 und der zweite Sensor 2 in bekannter Weise gegeneinander messen und wobei sich das Kalibiernormal 9 zwischen den beiden einander fest zugeordneten Sensoren 1 , 2 befindet. Der dritte Sensor 3 hat im ersten Schritt keine Funktion.
Figur 4 zeigt im zweiten Schritt die Breitenkalibrierung, wobei der erste Sensor 1 und/oder der zweite Sensor 2 die linke Kante des Kalibriernormals 9 und der dritte Sensor 3 die rechte Kante des Kalibriernormals 9 detektieren. Im dritten Schritt gemäß Figur 5 wird die Breite des Bandes 1 1 gemessen, wobei die in der Bewegung gekoppelten ersten und zweiten Sensoren 1 , 2 die linke Kante des Bands 1 1 und der dritte Sensor 3 die rechte Kante des Bands 1 1 detektieren. Nach der Breitenmessung fahren der erste Sensor 1 und der zweite Sensor 2 (Sensorpaar 1 , 2) quer zur Bewegungsrichtung des Bandes 1 1 entlang der Breite des Bandes 1 1 nach rechts, um die Dicke des Bandes 1 1 über die gesamte Breite hinweg zu messen. Schritt vier ist in Figur 6 gezeigt. Erst nachdem das Sensorpaar 1 , 2 in die linke Ausgangsposition zurückgekehrt ist, kann die Breite entsprechend Schritt 3 gemäß Figur 5 erneut gemessen werden.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messsystems lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Aus- führungsbeispiele einschränkt.
Bezugszeichenliste
1 erster Sensor
2 zweiter Sensor
1,2 Sensorpaar
3 dritter Sensor
4 Schlitten, Sensorschlitten von 1
5 Schlitten, Sensorschlitten von 2
6 Schlitten, Sensorschlitten von 3
7 Führung, Traverse
8 Führung, Traverse
9 Kalibriernormal
10 Messspalt
11 Band, Target
12 Lineal
13 Marke, Referenzmarke
14 weiterer Sensor (zur Detektion der Marke)
15 temperaturabhängiges, inkrementelles
Trägerband

Claims

A n s p r ü c h e
1. Messsystem mit nnindestens einem kontaktlos arbeitenden Sensor, der entlang einer Führung, insbesondere eines Rahmenschenkels, einer Schiene, einer Traverse oder dgl., relativ zu einem zu vermessenden Objekt verfahrbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Kompensation thermischer Ausdehnungen des Messsystems, insbesondere der Führung, eine Referenzmarken enthaltende Lehre, beispielsweise ein Lineal, mit möglichst geringer thermischer Ausdehnung parallel zu der Führung angeordnet ist, wobei die Referenzmarken als geometrische, optische, elektrische und/oder magnetische Marken ausgeführt sind, die entsprechend ihrer Beschaffenheit detektierbar sind, wobei die Positionen der Referenzmarken über den mindestens einen Sensor des Messsystems oder über einen weiteren Sensor während einer Kalibrierfahrt ermittelbar sind.
2. Messsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lehre aus Kunststoff, insbesondere aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK), oder aus Keramik mit geringer oder vernachlässigbarer thermischer Ausdehnung hergestellt ist.
3. Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Marken der Lehre fest zugeordnet bzw. dort integral ausgebildet sind.
4. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor punktförmig misst und bei optisch detektierbaren Marken vorzugsweise als optischer Sensor ausgeführt ist.
5. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor auf einem auf der Führung verfahrbaren Schlitten, ggf. gemeinsam mit dem mindestens einen Sensor des Messsystems, angeordnet und entsprechen verfahrbar ist.
6. Messystem für eine Vorrichtung zur Messung der Breite und der Dicke eines flächigen Objekts, insbesondere eines Blechs eines Bands oder einer Bahn, wobei das Messsystem mindestens einen ersten berührungslos arbeitenden Sensor zur Breitenmessung an dem Objekt umfasst, der quer zur Längsrichtung oder Förderrichtung des Objekts bewegbar ist, und auf der gegenüberliegenden Seite des Objekts ein dem ersten Sensor gegenüberliegender zweiter Sensor vorgesehen ist, der gemeinsam mit dem ersten Sensor zur Dickenmessung an dem Objekt dient, wobei die beiden Sensoren oberhalb und unterhalb des Objekts, d.h. auf gegenüberliegenden Seiten des Objekts, verfahrbar sind.
7. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kalibriernormal vorgesehen ist, an dem zur Kalibrierung der
Sensoren/des Messsystems dienende Referenz-Messungen durchführbar sind.
8. Verfahren zur Temperaturkompensation bei Messystemen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere bei kombinierter Messung von Breite und Dicke eines flächigen Objekts, insbesondere eines Blechs, eines Bands oder einer Bahn, wobei zur Kompensation thermischer Ausdehnungen des Messsystems, insbesondere der Führung, eine Referenzmarken enthaltende Lehre, beispielsweise ein Lineal, mit möglichst geringer thermischer Ausdehnung parallel zu der Führung angeordnet ist, wobei die Referenzmarken als geometrische, optische, elektrische und/oder magnetische Marken ausgeführt sind, die entsprechend ihrer Beschaffenheit detektiert werden und wobei die Positionen der Referenzmarken über einen Sensor des Messsystems oder über einen weiteren Sensor während einer Kalibrierfahrt ermittelt werden.
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