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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Überwachen
eines Leimauftrages auf ein Substrat, insbesondere einen Buchrücken nach
der Gattung des jeweiligen unabhängigen
Anspruchs.
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Beim
Herstellungsprozess von Büchern
ist es bekannt, einen Buchblock bestehend aus Einzelseiten, der
auf einem Wagen senkrecht stehend von einer Klammereinrichtung gehalten
wird, über
ein Leimauftragswerk zu fahren, derart, dass der Buchrücken mit
einer Leimschicht versehen wird. Zur Überwachung des Leimauftrages
ist es aus der
US 5 941
671 A bekannt, vor und hinter dem Leimwerk jeweils eine
Sensoranordnung anzuordnen, wobei die jeweilige Sensoranordnung
eine in eine Lichtleiteranordnung einkoppelnde Strahlungsquelle
und eine Empfängeranordnung
aufweist, die gleichfalls aus einem Faserbündel und dem eigentli chen Empfänger besteht.
Die Sendelichtleiter enden in einem rechteckigen Fenster und strahlen
linienförmig
ab und das Empfängerfaserbündel liegt
in einem entsprechenden Fenster dem Licht aussendenden linienförmigen Lichtleiterbündel gegenüber. Der
Buchrücken
wird durch den Strahlengang geführt,
wobei die Fenster schräg
zu dem Buchrücken
angeordnet sind, derart, dass der Buchrücken nur etwa 50% des linienförmigen Strahlenganges
durchquert. Somit wird am lichtempfindlichen Empfänger beim
Durchqueren des Buchrückens
ohne Leimauftrag ein Signal erzeugt, das 50% von dem Signal beträgt, das
ohne Buchrücken
erzeugt wird. Die Anordnung hinter dem Leimwerk erfasst in entsprechender
Weise den Buchrücken,
wobei nunmehr das Signal kleiner ist als dasjenige vor dem Leimwerk,
da sich eine zusätzliche Schicht
auf dem Buchrücken
befindet.
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Eine
solche Überprüfung des
Leimauftrages ist recht aufwendig, und benötigt zwei Empfängeranordnungen,
die aufeinander abgestimmt sein müssen.
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Die
Druckschrift
DE 31
12 128 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Dicke
von Klebstoffschichten auf Buchblockrücken, bei dem die Buchblöcke in einer
Führung über eine
Einrichtung zum Auftragen von Klebstoff geführt werden, wobei in einer
Verstärker-,
Rechen- und Anzeigeeinheit ein Mittelwert der Klebstoffschichtdicke
aus Kenngrößen gebildet
wird, die durch Messwerterfassung in zwei fixierten Messstellungen
I und II auf mindestens einer Bezugsfläche vor dem Auftrag der Klebstoffschicht, sowie
auf der Oberfläche
der Klebstoffschicht und gegebenenfalls auf Bezugflächen nach
dem Auftrag der Klebstoffschicht gewonnen werden.
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Die
DE 101 08 588 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle des Leimauftrags
in Buchbindemaschinen. Erfindungsgemäß werden im Anschluss an den
Leimauftrag die mit Leim zu versehenden Bereiche mit ultraviolettem Licht
bestrahlt. Die mit ultraviolettem Licht bestrahlten Bereiche werden
mit einer Kamera detektiert.
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Die
EP 0 611 608 B1 offenbart
ein Verfahren zum kontinuierlichem Abtasten und Überprüfen von Spurauftragungen auf
einer bewegten Unterlage, beispielsweise einem Buchrücken. Erfindungsgemäß wird ein
fokussierter Lichtstrahl über
eine periodische Ablenkvorrichtung senkrecht auf dem Objekt und senkrecht
zur Bewegungsrichtung des Spurauftrages gerichtet abgebildet, wobei
eine mit ihrer Haupteinstrahlrichtung im Winkel zur Objektoberfläche ausgerichteten
Empfängeranordnung
mit breitkegeligem Öffnungswinkel
optoelektronisch die reflektierte Strahlung beidseitig des Spurauftrags
zeitversetzt empfängt
und die empfangenen Signale miteinander vergleicht.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Überwachung
eines Leimauftrags auf ein Substrat, insbesondere auf einen Buchrücken in
Bewegung zu schaffen, die den Leimauftrag zuverlässig erfassen und einen geringen
Platzbedarf benötigen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs und des Nebenanspruchs
in Verbindung mit den Merkmalen ihrer Oberbegriffe gelöst.
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Dadurch,
dass eine linienförmige
Strahlungsquelle über
einen lang gestreckten, im Wesentlichen elliptischen Reflektor ein
Linienbild auf die Leimfläche projiziert,
und ein Strahlungsempfänger das
vom Substrat reflektierte Bild erfasst und in Bildpunktsignale umwandelt,
und dass eine Auswerteeinheit die Bildpunktsignale mit vorgegebenen
Sollwerten zur Unterscheidung eines beleimten von einem nicht beleimten
Bereich vergleicht, wird eine zuverlässige Überwachung des Leimauftrags
durch den vom Leim erzeugten Glanz durchgeführt. Die Umlenkung über den
Reflektor gestattet eine Reduzierung des Platzaufwandes der Vorrichtung.
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Durch
die in den Unteransprüchen
angegebenen Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass das Substrat bzw. der Buchrücken in
Bezug auf Anordnung, Ausstrahlungsquelle und Reflektor in einer
Richtung senkrecht zu deren Längsachse
beweglich ist, wodurch eine Überwachung
an kontinuierlich arbeitenden Maschinen möglich ist.
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Durch
Ausbilden des linienförmigen
Strahlungsempfängers
als Fotozelle kann in einfacher Weise die Bildpunkterfassung realisiert
werden und eine kompakte, in die Maschine integrierbare Bauform
erzielt wird.
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Vorteilhaft
ist, wenn in dem Strahlengang zwischen Substrat und Strahlungsempfänger lang gestreckte
Umlenkelemente um den Spiegel vorgesehen sind, die die vom Substrat
bzw. Buchrücken reflektierte
Strahlung falten, wodurch eine flache Strahlführung möglich ist und eine schmale
Bauform der Verrichtung erzielt wird.
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Besonders
vorteilhaft ist, die beiden Polarisationsrichtungen der empfangenen
Strahlung getrennt auszu werten und entsprechend zwei Strahlungsempfänger vorzusehen.
Durch eine entsprechende Relativmessung kann eine Konstraststeigerung
und auch eine Unempfindlichkeit gegen Störeinflüsse, wie einen nicht konstanten
Messabstand, erzielt werden. Das System wird unempfindlicher gegen
Höhenschwankungen
aufgrund von Führungsproblemen
oder Änderungen
der Leimauftragsdicke. Höhenschwankungen
sind besonders kritisch wegen der Lichtbündelung auf einer Linie und
der flachen Strahlrichtung von ca. 40° gegenüber der Fläche, da schon geringe Abweichungen
die empfangene Lichtmenge mindern. Da beide Anteile aus der gleichen Richtung
empfangen werden, bleibt das Verhältnis bei homogener Objektoberfläche aber
annähernd gleich.
Im Weiteren kann das System leichter eingestellt werden, da nicht
mehr eine absolute sondern eine relative Vorgabe getroffen werden
muss, die im Idealfall für
alle Aufträge
verwendet werden kann. Außerdem
wird das System bzw. die Vorrichtung unempfindlicher gegenüber Veränderungen
der Buchrückenfarbe.
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Dadurch,
dass die auf das Substrat fallende Strahlung polarisiert ist, kann
der Glanzanteil gegenüber
dem diffus reflektierten Licht herausgehoben werden, wodurch eine
Kontraststeigerung erzielt wird. Besonders vorteilhaft ist, dass
der Einfalls- bzw. Ausfallswinkel der Strahlung in Bezug auf das
Substrat bzw. den Buchrücken
an den Brewster-Winkel des Leims angepasst ist. Dadurch kann der
Glanz optimal erfasst werden.
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Durch
Verwendung eines Lamellenfilters vor der Beleuchtung wird das Licht
in einer für
die Glanzmessung geeigneten Weise gerichtet, wodurch eine Kontraststeigerung
erzielt wird.
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Vorteilhaft
ist, Infrarot-Sperrfilter vor einem zwi schen dem Polarisations-Strahlteiler
und den Umlenkspiegeln angeordneten Objektiv zu verwenden, um Infrarot-Anteile
des Lichts auszufiltern, da die üblichen
Polarisationsfilter diese Wellenlänge nicht sauber polarisieren.
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Durch
Verwendung eines auf die Farbe der Beleuchtung abgestimmten Farbfilters
kann in vorteilhafter Weise der Fremdlichteinfluss gemindert werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In
der Figur ist mit 1 schematisch ein Buch dargestellt und
der Rücken 2 ist
mittels eines vorgeschalteten Leimwerks mit einer Leimfläche versehen. Die
Laufrichtung des Buchs 1 ist mit den Pfeilen 3 angedeutet.
Unterhalb des Buchs 2 ist feststehend, d.h. mit einem festen
Gestell oder einer feststehenden Maschine verbunden eine Sensoranordnung 4 vorgesehen,
die beispielsweise in einem Gehäuse
mit entsprechenden Lichtaustritts- und Lichteintrittsfenstern aufgenommen
ist. Die Sensoranordnung umfasst eine lang gestreckte Strahlungs-
oder Lichtquelle 5, die beispielsweise als LED-Zeile ausgebildet
ist, sowie einen lang gestreckten Hohlreflektor 6, der
sich in fester Zuordnung zu der Strahlungsquelle 5 befindet.
Der Reflektor sollte zumindest annähernd elliptisch sein wobei
sich in dem einen Brennpunkt die LED-Zeile 5 und in dem
anderen Brennpunkt das linienförmige
Bild 7 der LED-Zeile auf dem Buchrücken als abgetastete Linie
befinden. In einer Annäherung kann
der ellipti sche Reflektor 6 als Teilsegment eines Rohres
mit kreisförmigem
Querschnitt sein.
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Das
linienförmige
Bild der LED-Zeile 5 wird an der Leimfläche 2 reflektiert,
wobei in dem Reflexionsstrahlengang ein erster und ein zweiter Umlenkspiegel 8, 9 zur
Faltung des Strahlenganges angeordnet sind. Weiterhin befindet sich
in dem Reflexionsstrahlengang hinter den Umlenkspiegeln 8, 9 eine Linse
bzw. ein Objektiv 10 und daran anschließend ein Polarisationsstrahlteiler 11,
der die Strahlung in die zwei Polarisationsrichtungen aufteilt,
wobei für jede
Polarisationsrichtung eine Fotozeile bzw. eine Zeilenkamera 12, 13 vorgesehen
ist. Die Fotozeilen 12, 13 sind mit einer Auswerteeinheit 14 verbunden. Die
Auswerteeinheit 14 enthält
Komparatoren 15 zum Vergleich der Bildsignale mit entsprechenden Sollwerten
für die
Erkennung des Leimauftrags und für
die Erkennung des Buchs bzw. Buchrückens.
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Die
von der linienförmigen
Lichtquelle 5 ausgesandte Strahlung wird an den Hohlspiegel 6 reflektiert
und auf den Buchrücken
als Linienbild geworfen. Dabei ist die relative Anordnung von Lichtquelle 5, Reflektor 6 und
Buchrücken
derart, dass der mittlere Ein- bzw. Ausfallswinkel des Lichts in
Bezug auf den Buchrücken 2 an
den Polarisationswinkel (Brewster-Winkel) des verwendeten Leims
angepasst ist. Dieser Einfallswinkel ist definiert zwischen der
Normalen des Buchrückens
und dem Lichteinfall bzw. -ausfall und wurde im Vorhinein im Wesentlichen
empirisch bestimmt. Auf diese Weise kann der auf dem Leim erzeugte
Glanz optimal erfasst werden. Das in zwei Polarisationsrichtungen
reflektierte Licht fällt
linienförmig
auf den Umlenkspiegel 8, von dem es auf den Umlenkspiegel 9 reflektiert
wird und gelangt über das
Objektiv 10 auf den Polarisations-Strahlteiler 11. Der
Strahlteiler 11 trennt die reflektierte Strahlung in die
zwei Polarisationsrichtungen auf, wobei das Licht der einen Polarisationsrichtung
auf die Fotozeile 12 und das der anderen Polarisationsrichtung
auf die Fotozeile 13 fällt.
Dabei ist festzustellen, dass das Licht der einen Polarisationsrichtung
im Wesentlichen den Glanz, d.h. den Anteil der gerichteten Reflexion
und das Licht der anderen Polarisationsrichtung im Wesentlichen
den Anteil der diffusen Reflexion enthält, wobei allerdings auch die
Polarisationsrichtung der gerichteten Reflexion einen Diffusanteil enthält. Vorzugsweise
wird der Glanz aus dem Verhältnis
der Lichtintensitäten
in den beiden Polarisationsrichtungen bestimmt, was durch den Dividiererblock 16 angedeutet
ist. Diese Vorgehensweise ist der ebenfalls möglichen Bestimmung der Beleimung aus
der Gesamtintensität
oder der Intensität
nur aus der Polarisationsrichtung des Glanzes überlegen, da aufgrund der Verhältnisbildung
Höhenschwankungen und
Unterschiede in der Buchrückenfarbe
zumindest teilweise ausgeglichen werden.
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Das
Buch 1 wird im Wesentlichen kontinuierlich entlang einer
der Richtungen 3 an der Sensoranordnung 4 vorbeibewegt,
so dass der Buchrücken und
damit die Leimfläche 2 linienförmig abgetastet wird.
Dabei werden über
die Fotozeilen 12, 13 die jeweiligen Bildpunkte
oder Pixel der abgetasteten Linie einzeln mit den jeweiligen in
der Auswerteeinheit 14 gespeicherten Sollwerten verglichen
und es wird ein Zwischenergebnis der jeweiligen Zeile in Bezug auf die
Feststellung eines korrekten Leimauftrages oder einer freien Fläche gespeichert.
Die Pixel der darauf folgenden Zeilen werden entsprechend ausgewertet und
im Verhältnis
zu einem Wegsignal bewertet, und falls ein größerer Bereich als nicht ordnungsgemäß mit Leim
versehen erkannt wird, wird ein entsprechendes Alarmsignal abgegeben.
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Bei
der Auswertung wird in entsprechender Weise erkannt, ob eine Buchrückenfläche vorhanden ist,
wobei dies im Wesentlichen über
den Diffusanteil, d.h. über
die Bildsignale der Fotozeile für
die zweite Polarisationsrichtung durchgeführt wird. Die Erkennung des
Buchrückens
bzw. dessen Kanten wird zur Bestimmung des Messbereichs verwendet.
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Im
obigen Ausführungsbeispiel
wird als Strahlungsquelle 5 eine LED-Zeile verwendet, selbstverständlich können andere
Quellen eingesetzt werden, die insgesamt einen linienförmigen Leuchtkörper bilden.
Dabei kann die Strahlung einen vorgegebenen Wellenlängenbereich
oder das ganze sichtbare Spektrum überdecken. Es kann auch ein
polarisiertes Licht verwendet werden, d.h. vor der Lichtquelle 5 kann
ein Polarisationsfilter angeordnet sein, um zur Kontraststeigerung
den Glanzanteil gegenüber
dem diffus reflektierten Licht herauszuheben. Weiterhin kann ebenfalls
zur Kontraststeigerung vor der Lichtquelle ein Lamellenfilter angeordnet
sein, das das Licht mit einer die Glanzmessung verbessernden Richtcharakteristik
versieht.
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Um
Fremdlichteinflüsse
zu verringern kann in den Reflexionsstrahlengang ein auf die Farbe
der Beleuchtung abgestimmtes Farbfilter eingesetzt werden, wobei
in diesem Fall die Lichtquelle 5 in einen selektiven Wellenlängenbereich
abstrahlt. Zur Verbesserung des Polarisationsergebnisses durch den Polarisations-Strahlteiler 11 kann
vor das Objektiv 10 ein Infrarotsperrfilter zur Ausfilterung
der Infrarot-Anteile des reflektierten Lichts angeordnet werden,
da die Polarisationsfilter diese Wellenlängen nicht sauber polarisieren.
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Ein
Ausführungsbeispiel
für einen
bestimmten Leimauftrag sieht vor, dass der Ein- und Ausfallswinkel
des Strahls von der Beleuchtung auf den Buchrücken und weiter zur Sensoranordnung
etwa 40° gegenüber der
Buchoberfläche
beträgt,
wobei dieser Wert experimentell mittels beleimter Muster Brewster-Winkel
bestimmt ist. Die Öffnung
der Beleuchtung ist dabei etwa ±12°, d.h. 24°, wobei dieser Wert experimentell
mittels beleimter Muster bestimmt ist und die Öffnung des Objektivs beträgt etwa ±8°, was sich
aus der Linsengröße und dem
Abstand ergibt. Der Winkel für
die Öffnung
der Beleuchtung ist dabei ein Kompromiss, größere Winkel mindern den Kontrast,
tolerieren aber eine unregelmäßigere Leimoberfläche, erhöhen aber
die Störempfindlichkeit.