Photoelektrischer Lesekopf Die Erfindung bezieht sich auf einen photoelektri schen Lesekopf zum kontinuierlichen Abtasten und Übertragen von relativ zu ihm bewegten, Informationen enthaltenden Markierungen.
Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Ver wendung in Druckmaschinen zur .Kontrolle des Farb- eindruckes und des sogenannten Passers als auch zum Ablesen von Markierungen und Codierungen auf Papier, Pappe, Metall- und Kunststoffolien in Druck- und Ver packungsmaschinen. Die Vorrichtung ist insbesondere dann besonders geeignet, wenn die zu lesenden Infor mationen sehr klein sind und die Kontrolle oder Ab lesung an unzugänglichen engen Stellen innerhalb der Maschine vorgenommen werden muss.
Ferner ist die Vorrichtung besonders für Maschinen geeignet, die stark vibrieren oder die explosionsgefährdet sind, wie es bei spielsweise bei Druckmaschinen der Fall ist, die lösungs- mittelhaltige Farben drucken.
Es ist an sich bekannt, gedruckte oder geprägte Markierungen auf Pappe, Papier, Metall- und Kunst stoffolien oder sonstigem Material mit Reflexlichtabtast- köpfen photoelektrisch abzutasten. Bei solchen Vorrich tungen wird über ein optisches System punktförmig ge bündeltes Licht auf den Informationsträger geworfen und von diesem über ein optisches System auf eine photoelektrische Zelle reflektiert, die beim Durchlaufen von Hell-Dunkel-Stellen Informationsimpulse an ein elektronisches Auswertgerät abgibt. Es sind auch schon derartige Leseköpfe bekannt, bei denen das Licht oder Reflexlicht über Lichtleitfaserbündel transportiert wird.
Die Kombination optischer und faseroptischer Systeme ist beispielsweise bekannt aus Faseroptik - ein neues optisches Gebiet , VDI-Nachrichten vom 28. 11. 1962 Nr. 48, Seite 11 sowie aus den US-Patentschriften Nrn. 3 249 692, 3<B>125 013</B> und der US-Patentschrift Nr.<B>1751</B>584.
Soweit die bekannten Abtastsysteme zum Lesen von Kontrollmarkierungen und Codierungen in Maschinen, beispielsweise Druck- und Verpackungsmaschinen, ver wendet werden, haben diese den Nachteil, dass bei der Einrichtung des zu lesenden Informationsträgers auf den in der Maschine eingebauten Lesekopf nur über die Informationen des elektronischen Auswertegerätes fest gestellt werden kann, ob der Informationsträger in der geeigneten Stellung zum Lichtstrahl des Lesekopfes an geordnet ist.
Die Einrichtung und Abstimmung der Stellung des Informationsträgers zum Lesekopf ist vor allem deshalb schwierig, weil der mit relativ hoher Ge schwindigkeit abzulesende Informationsträger, beispiels weise eine Papierbahn mit aufgedruckten Markierungen, in gewissen Toleranzen seitlich verschiebbar geführt werden muss. Es ist daher möglich, dass während des Laufes der Maschine der Markierungsdruck in eine ungünstige Stellung zur Optik des Lesekopfes oder so gar aus dem Lesebereich herausläuft.
Es ist zwar möglich, durch das Ablesen einer be sonderen Stellungsmarkierung mit besonderen photo elektrischen Wandlern und einer entsprechenden Schal tung des Auswertegerätes den Lesekopf, der über einen Servomotor beweglich montiert ist, immer in der günstig sten Lesestellung zu halten. Es ist auch möglich, den Lesekopf über eine derartige Kontrollvorrichtung op tisch auf den günstigsten Schärfepunkt einzustellen. Der artige Vorrichtungen sind jedoch technisch sehr kom pliziert und aufwendig.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Reflexlicht lesevorrichtungen, bei denen der photoelektrische Wand- ler in einem bestimmten Winkel zum Informationsträger angeordnet sein muss, liegt in dem Umstand begründet, dass durch Unebenheiten des Informationsträgers, be sonders wenn es sich um Metallfolien handelt, das Re flexlicht den photoelektrischen Wandler nicht oder nicht richtig trifft und dieser keinen oder nur einen schwachen Impuls an das Auswertegerät abgibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nach teile bekannter Lesevorrichtungen sowohl hinsichtlich der Einrichtung des Informationsträgers auf den Lese kopf als auch der Kontrolle der Einstellung in hori zontaler und vertikaler Richtung als auch des Falsch lesens bei Änderung des Reflexlichtwinkels zu beseitigen.
Erfindungsgemäss ist der photoelektrische Lesekopf durch ein Gehäuse mit einer im Gehäusedeckel an geordneten Mattscheibe gekennzeichnet, auf welcher photoelektrische Wandler mit Vorverstärkern angeordnet sind, mit einer zentralen Öffnung an der Gehäuseunter seite, in die eine Optik eingebaut ist, einem um die Öffnung schlitz- oder ringförmigen Raum, in weichem Fasern eines Bündels von Lichtleitfasern enden, sowie seitlichen Öffnungen, die zur Durchführung von Licht- leitfasern von einer Lichtquelle her und elektrischer Ver bindungen von und zu einem elektronischen Auswert- gerät dienen.
Mit Hilfe eines Lesekopfs gemäss der Erfindung ist es möglich, aus einer Kombination faseroptischer und optischer Bauelemente ein vergrössertes Bild einer be leuchteten, abzutastenden Fläche auf eine Mattscheibe zu übertragen. Das Ablesen eines Codes mit dem menschlichen Auge von der Mattscheibe ist allerdings nur bei Stillstand oder langsamer Bewegung des Code trägers möglich.
Die Mattscheibe besteht vorzugsweise aus durch schimmerndem Kunststoff, auf den die Verbindungen zwischen den photoelektrischen Wandlern und den zu geordneten Vorverstärkern in bekannter Weise aufge druckt sind.
Die Mattscheibe ist vorzugsweise auswechselbar im Gehäuse eingebaut.
Ein Schnitt durch eine Ausführungsform des erfin dungsgemässen photoelektrischen Lesekopfes sowie die Wirkungsweise des Lesekopfs sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Lesekopf im vertikalen Längsschnitt, Fig. 2 ein perspektivisches Schema der Wirkungs weise, nämlich die vergrösserte Abbildung eines abge tasteten, ein Codemuster enthaltenden Flächenelementes.
Der erfindungsgemässe Lesekopf besteht aus einem vorzugsweise zylindrischen Gehäuse 1, dessen Ober seite durch eine Mattscheibe 2 abgeschlossen ist. In die untere Öffnung 4 ist ein optisches System 5 ein gebaut, durch das das der Unterseite gegenüberliegende Code-Licht im Verhältnis 1 :2 vergrössert gegen die Mattscheibe 2 geworfen wird. Die untere Öffnung 4 ist von einem Raum 3, beispielsweise einem Ringraum umgeben, in dem ein Lichtleitfaserbündel 6, das durch die Öffnung 7 in die Vorrichtung eingeführt wird, endet. An der Mattscheibe 2 sind photoelektrische Wandler angeordnet. Die Anordnung entspricht jeweils im Ver hältnis 1 :2 den Lesezeilen des Informationsträgers. Am Rand der Mattscheibe sind Vorverstärker ange ordnet, die mit den zugehörigen photoelektrischen Wand lern verbunden sind.
Durch die Öffnung 10 sind die notwendigen elektrischen Verbindungen zum Auswerte gerät hindurchgeführt.
Als Mattscheibe 2 können herkömmliche gläserne Mattscheiben verwendet werden. Vorteilhafterweise wer den jedoch durchscheinende Materialien verwendet, wie sie für gedruckte Schaltungen bekannt sind. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindungen zwischen den photo elektrischen Wandlern und den Vorverstärkern auf der Mattscheibe gedruckt sein können.
Die Mattscheibe ist so gestaltet, dass sie durch Ab nahme des Gehäusedeckels ausgetauscht werden kann. Dadurch wird ermöglicht, Mattscheiben mit Wandler- anordnungen einzusetzen, die verschiedenen Markie- rungs- und Codierungssystemen angepasst sind.
Am Gehäuse 1 sind nicht näher dargestellte Hal- terungen angebracht, an denen der Lesekopf in eine Maschine eingebaut werden kann.
Durch die Öffnung 7 wird mittels des Lichtleit- faserbündels von einer in entsprechender Entfernung vom Lesekopf angeordneten Lichtquelle Licht aus dem dem Code-Bild angepassten, beispielsweise schlitz- oder ringförmigen Ende des Bündels auf den Informationsträ ger abgestrahlt. Die Lichtabstrahlung erfolgt in einem Winkel von etwa 60 , was bei entsprechender Entfernung des Lesekopfes vom Informationsträger eine rechteck- oder kreisförmige, diffuse Ausleuchtung des gesamten Raumes unter dem Lesekopf ermöglicht.
Es ist bekannt, dass das Ablesen von farbigen In formationen, insbesondere von farbigem Druck aus far bigem Untergrund, nur möglich ist, wenn die Licht quelle einen angepassten engen spektralen Bereich aus sendet. Dies kann in bekannter Weise dadurch erreicht werden, dass der Lichtquelle Filter vorgeschaltet werden. Befindet sich die Lichtquelle direkt am Informationsträ ger, so ist regelmässig aus Platzgründen das Vorschalten von Filtern sehr schwierig. Bei dem erfindungsgemässen Lesekopf können Filter zwischen die Lichtquelle und den Eingang des Lichtleitfaserbündels in beliebiger Weise eingebaut werden.
Es ist jedoch auch möglich, an der Unterseite des Lesekopfes Filter anzuordnen, die entweder lediglich den Ringraum des Lichtleitfaser- bündelendes oder auch den Eingang der Optik be decken.
Der erfindungsgemässe Lesekopf hat gegenüber her kömmlichen Reflexli.chtvorrichtungen den Vorteil, dass er auch in einem gewissen Winkel bis zu 40 zur Senkrechten auf den Informationsträger angeordnet wer den kann, ohne dass dadurch Falschlesungen verur sacht werden. Dies liegt in dem Umstand begründet, dass nicht ein einzelner, eng gebündelter Lichtstrahl auf eine in bestimmtem Winkel zum Informationsträger angeordnete Stelle gelenkt werden muss, sondern das ganze Bild in beliebiger, von der Ausgestaltung der Optik abhängiger Vergrösserung auf die Mattscheibe übertragen wird, an der durch die photoelektrischen Wandler die Ablesung erfolgt.
Die einzelnen Bildpunkte werden bei der optischen Abbildung von einer Viel zahl von Einzelstrahlen gebildet, die unter verschiedenen Winkeln je nach der Abbildungsoptik den Informations träger verlassen und am Bildort, der Mattscheibe, wie der eintreffen. Es ist daher auch unschädlich, wenn sich durch eine unregelmässige Oberfläche des Informations trägers in kleinem Rahmen Abstrahlungsabweichungen ergeben. Die diffuse Beleuchtung des Informations trägers durch das Lichtleitfaserbündel lässt regelmässig genügend Licht auf die Optik reflektieren.
Photoelectric reading head The invention relates to a photoelectric reading head for continuous scanning and transmission of information-containing markings moved relative to it.
The device is particularly suitable for use in printing machines for .Kontrol the color impression and the so-called register as well as for reading markings and codes on paper, cardboard, metal and plastic films in printing and packaging machines. The device is particularly suitable when the information to be read is very small and the control or reading has to be carried out in inaccessible narrow places within the machine.
Furthermore, the device is particularly suitable for machines that vibrate heavily or that are at risk of explosion, as is the case, for example, with printing machines that print inks containing solvents.
It is known per se to photoelectrically scan printed or embossed markings on cardboard, paper, metal and plastic foils or other material with reflex light scanning heads. In such Vorrich lines a point-like ge bundled light is thrown on the information carrier via an optical system and reflected by this via an optical system on a photoelectric cell, which emits information pulses to an electronic evaluation device when passing through light-dark areas. Read heads of this type are also already known in which the light or reflected light is transported via fiber optic bundles.
The combination of optical and fiber-optic systems is known, for example, from fiber optics - a new optical field, VDI-Nachrichten dated November 28, 1962, No. 48, page 11 and from US Pat. No. 3,249,692, No. 3 125 013 </B> and U.S. Patent No. <B> 1751 </B> 584.
As far as the known scanning systems for reading control marks and codes in machines, such as printing and packaging machines, are used, they have the disadvantage that when setting up the information carrier to be read on the read head built into the machine, only the information from the electronic evaluation device is used it can be determined whether the information carrier is arranged in the appropriate position to the light beam of the read head.
The establishment and coordination of the position of the information carrier to the reading head is difficult mainly because the information carrier to be read at a relatively high Ge speed, for example, a paper web with printed markings, must be guided laterally within certain tolerances. It is therefore possible that while the machine is running, the marking print runs into an unfavorable position in relation to the optics of the reading head or even out of the reading area.
It is possible to always keep the reading head, which is movably mounted via a servomotor, in the most favorable reading position by reading a special position marker with special photo-electrical converters and a corresponding scarf device of the evaluation device. It is also possible to set the reading head to the most favorable focus point via such a control device. Such devices are, however, technically very complicated and expensive.
Another disadvantage of conventional reflective light reading devices, in which the photoelectric converter must be arranged at a certain angle to the information carrier, is due to the fact that the unevenness of the information carrier, especially if it is metal foils, the photoelectric The converter does not hit the converter or does not hit it correctly and it sends no or only a weak pulse to the evaluation device.
The invention has for its object to eliminate the post parts of known reading devices both in terms of the establishment of the information carrier on the reading head and the control of the setting in hori zontal and vertical directions as well as incorrect reading when changing the reflected light angle.
According to the invention, the photoelectric read head is characterized by a housing with a matte screen arranged in the housing cover, on which photoelectric converters with preamplifiers are arranged, with a central opening on the underside of the housing, in which an optical system is installed, a slot-shaped or ring-shaped around the opening Space in which the fibers of a bundle of optical fibers end, as well as lateral openings which are used to feed optical fibers from a light source and electrical connections from and to an electronic evaluation device.
With the help of a reading head according to the invention, it is possible to use a combination of fiber optic and optical components to transfer an enlarged image of an illuminated surface to be scanned onto a ground glass. Reading a code from the screen with the human eye is only possible when the code carrier is stationary or moving slowly.
The ground glass is preferably made of shimmering plastic on which the connections between the photoelectric converters and the preamplifiers to be assigned are printed in a known manner.
The ground glass is preferably installed in the housing in an exchangeable manner.
A section through an embodiment of the inventive photoelectric read head and the operation of the read head are shown in the drawings. 1 shows a read head in vertical longitudinal section, FIG. 2 shows a perspective diagram of the mode of action, namely the enlarged image of a scanned surface element containing a code pattern.
The reading head according to the invention consists of a preferably cylindrical housing 1, the top of which is closed off by a ground glass screen 2. An optical system 5 is built into the lower opening 4, by means of which the code light opposite the underside is thrown against the ground glass screen 2 in a ratio of 1: 2. The lower opening 4 is surrounded by a space 3, for example an annular space, in which an optical fiber bundle 6, which is introduced into the device through the opening 7, ends. Photoelectric converters are arranged on the focusing screen 2. The arrangement corresponds in each case in a ratio of 1: 2 to the reading lines of the information carrier. At the edge of the screen are preamplifiers, which are connected to the associated photoelectric wand learners.
The necessary electrical connections to the evaluation device are passed through the opening 10.
Conventional glass focusing screens can be used as the focusing screen 2. Advantageously, however, the translucent materials used, as they are known for printed circuits. This has the advantage that the connections between the photoelectric converters and the preamplifiers can be printed on the ground glass.
The ground glass is designed so that it can be replaced by removing the housing cover. This makes it possible to use focusing screens with transducer arrangements that are adapted to various marking and coding systems.
Brackets (not shown) are attached to the housing 1, on which the reading head can be installed in a machine.
Through the opening 7, by means of the optical fiber bundle, a light source arranged at a corresponding distance from the reading head emits light from the end of the bundle that is adapted to the code image, for example a slit or ring-shaped end, onto the information carrier. The light is emitted at an angle of approximately 60 degrees, which, given a corresponding distance between the reading head and the information carrier, enables rectangular or circular, diffuse illumination of the entire space under the reading head.
It is known that the reading of colored information, in particular colored printing from a far bigem background, is only possible if the light source sends out an adapted narrow spectral range. This can be achieved in a known manner in that filters are connected upstream of the light source. If the light source is located directly on the information carrier, the upstream connection of filters is usually very difficult for reasons of space. In the reading head according to the invention, filters can be installed in any desired manner between the light source and the input of the optical fiber bundle.
However, it is also possible to arrange filters on the underside of the reading head which either only cover the annular space of the end of the optical fiber bundle or also the entrance to the optics.
The reading head according to the invention has the advantage over conventional reflective light devices that it can also be arranged on the information carrier at a certain angle of up to 40 ° to the vertical without causing incorrect readings. This is due to the fact that a single, tightly bundled light beam does not have to be directed to a point arranged at a certain angle to the information carrier, but rather the entire image is transmitted to the focusing screen in any desired magnification depending on the design of the optics the reading takes place through the photoelectric converter.
In the optical imaging, the individual pixels are formed by a large number of individual beams that leave the information carrier at different angles, depending on the imaging optics, and arrive at the image location, the focusing screen, like the one. It is therefore also harmless if, due to an irregular surface of the information carrier, there are small emission deviations. The diffuse illumination of the information carrier by the fiber optic bundle allows enough light to be regularly reflected onto the optics.