DE102004022955A1

DE102004022955A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen der Lage einer Kante eines Produkts

Info

Publication number: DE102004022955A1
Application number: DE200410022955
Authority: DE
Inventors: Torsten Koker; Hans Butterfass; Wolfgang Dolz; Andreas Henn; Tobias Dr. Müller
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2004-12-30
Also published as: US7115889B2; JP2004358954A; US20050017205A1; JP4699706B2

Abstract

Beim Zuführen eines Verarbeitungsgutes (20), insbesondere eines Bogens, zu einer Druckmaschine ist es erforderlich, das Verarbeitungsgut (20) exakt auszurichten. Um eine exakte Ausrichtung zu gewährleisten, muss die Lage des Verarbeitungsgutes (20) exakt erfasst werden. Zum exakten Erfassen der Lage des Bogens wird eine Messeinrichtung (46, 47) zum Erfassen reflektierter Strahlung vorgeschlagen. Dabei wird auf das Verarbeitungsgut (20) und einen neben dem Verarbeitungsgut (20) liegenden Bereich (30) flächig Strahlung gerichtet. Der neben dem Verarbeitungsgut (20) liegende Bereich (30) wird als retroreflektierende Fläche ausgestaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Lage eines Produktes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Erfassen der Lage einer Kante eines Produktes nach dem Oberbegriff gemäß Anspruch 9.

Beim Bedrucken von Bogen, insbesondere in einer Bogen-Offsetdruckmaschine, werden die Bogen der Druckmaschine von einem Bogenstapel zugeführt. Bei der Anlage eines einzelnen Bogens an die Druckmaschine erfolgt die seitliche Bogenausrichtung bislang am Anleger entlang einer Führungskante. Allerdings besteht auch die Möglichkeit, die seitliche Bogenausrichtung durch eine aktorische Verschiebung der Bogenvorderkante auf dem Zylinder, somit während des Bogentransportes, durchzuführen. Eine derartige aktorische Verschiebung ist beispielsweise aus der DE 196 18 030 bekannt. Bei der aktorischen Verschiebung wird der Bogen in eine definierte Soll-Lage geführt, wobei die Ist-Lage des Bogens über Sensoren ermittelt wird.

Um hier eine exakte Ausrichtung des Bogens gewährleisten zu können, ist es erforderlich, die Ist-Lage der Kante des Bogens exakt zu erfassen. Zum Erfassen und Regeln der Bahnkantenlage einer fortlaufenden Warenbahn ist aus der DE 36 37 874 bereits eine Vorrichtung bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird eine Warenbahn mit einer flächenhaft ausgedehnten Beleuchtungseinrichtung bestrahlt. Die auf die Warenbahn treffenden Lichtstrahlen werden von dort nach den Reflexionsgesetzen reflektiert und einem elektrooptischen Bildsensor zugeführt. Der elektro-optische Bildsensor tastet einen Streifen auf der Warenbahn zeilenartig ab, der auch einen Teilbereich umfasst, der außerhalb der Warenbahn liegt. Darüber lässt sich nun die Breite des außerhalb der Warenbahn liegenden Bereiches und daraus wiederum die Lage der Warenbahn ermitteln. Dieses Verfahren ist allerdings nur dann anwendbar, wenn als Warenbahn eine ausreichend nach den Reflexionsgesetzen reflektierende Materialbahn verwendet wird. Insbesondere bei transparenten Folien ist dies nicht der Fall.

Aus der DE 101 36 871 ist eine Einrichtung zum Erfassen der Lage einer Kante eines Bogens bekannt, der einer Druckmaschine zugeführt wird. Hierbei wird eine opto-elektronische Messeinrichtung verwendet, die senkrecht zur Transportrichtung des Bogens angeordnet ist.

Die Messeinrichtung ist oberhalb des Anlagetisches angeordnet und weist Reflexzeilen auf, die einen reflektierten Reflexstrahl erfassen können. Um die Erfassung problematischer Bögen, insbesondere durchsichtiger oder stark glänzender Materialien, zu ermöglichen, wird zusätzlich die Oberfläche des Anlegetisches mit Kontrast unterstützenden Mitteln versehen. Hierzu wird der Anlegetisch in einem Teilbereich speziell ausgeführt, insbesondere hochglanzpoliert, verchromt oder mit einer Reflektionsschicht versehen. Nachteilig an dieser Einrichtung ist allerdings, dass eine Unterscheidung der Materialien selbst zur kontrastunterstützenden Schicht dann nicht mehr möglich ist, wenn die zu messenden Bögen Oberflächeneigenschaften aufweisen, die denen einer Hochglanzpolierung oder Verchromung entsprechen oder nahe kommen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen der Lage einer Kante eines Verarbeitungsgutes vorzuschlagen, welches im Hinblick auf die Messbarkeit verschiedener Verarbeitungsgüter weiter optimiert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zum Erfassen der Lage einer Kante mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Erfassen der Lage einer Kante mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 gelöst.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich also dadurch aus, dass zum Erfassen der Lage einer Kante eines Verarbeitungsgutes ein retro-reflektierender Flächenbereich eingesetzt wird. Diese retro-reflektierende Fläche wird an einer Stelle vorgesehen, an der das Verarbeitungsgut der Druckmaschine zugeführt wird. Durch Beleuchtung sowohl des Verarbeitungsgutes wie auch des angrenzenden retro-reflektierenden Flächenbereiches ist es möglich, die Kante des Verarbeitungsgutes auch in solchen Fällen festzustellen, in denen das Verarbeitungsgut selbst eine gerichtete Reflexion aufweist. Denn die retro-reflektierende Fläche wirft das einfallende Licht in Richtung der Einfallsstrahlung zurück. Wird nun in dieser Richtung ein Sensor zur Erfassung der retro-reflektierten Strahlung vorgesehen, so kann eindeutig die Strahlung, die außerhalb des Verarbeitungsgutes in die retro-reflektierende Sensorik reflektiert worden ist, erfasst werden. Das Verarbeitungsgut selbst hingegen wird keine Strahlung in den Sensor reflektieren, da es entweder streuend strahlt oder die einfallende Strahlung nach den optischen Gesetzen in einen anderen Raumwinkel gerichtet reflektiert.

Als flächige Bildsensoren können insbesondere CMOS-Matrixelemente oder CCD-Matritzen, die flächig angeordnet sind, verwendet werden. Eine weitere Verbesserung der Abbildungsqualität insbesondere eine Erhöhung des Abbildungskontrastes bei Folien kann dadurch erreicht werden, dass in geeigneter Richtung linear polarisiertes Licht zur Beleuchtung des Bogens und des neben dem Bogen liegenden retro-reflektierenden Bereiches verwendet wird. Beim Einsatz von CMOS-Matrixelementen als Bildsensoren und mit Hilfe spezieller Auslesealgorithmen ist es möglich, die Messfrequenz zu erhöhen. Damit können mehrere Messwerte pro Bogen aufgenommen werden, aus denen dann ein Mittelwert berechnet werden kann, so dass Fehlmessungen minimiert werden können.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile, bei deren Darstellung zugunsten der Übersichtlichkeit auf eine maßstabsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde.
Es zeigen im einzelnen:
1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Druckmaschine mit einem Anleger und einem ersten Druckwerk
2 die schematische Darstellung der Lage eines Bogens und einer retroreflektierenden Fläche in Aufsicht
3 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer CCD-Zeile
4 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer CMOS-Matrix
1 zeigt ein Druckwerk 10 mit einem dem Druckwerk 10 zugeordneten Antrieb 12, der von einer zu dem Druckwerk gehörenden Steuerelektronik 14 gesteuert bzw. geregelt wird.
Mit Hilfe eines Anlegers 16, der beispielsweise ein Saugband 18 umfassen kann, werden Papierbögen 20 dem Druckwerk 10 in Transportrichtung T zugeführt. Die Papierbögen 20 werden von einem Papierstapel mit Hilfe eines Hubsaugers 28 und eines Schleppsaugers 26 in einem vorgegebenen Takt dem Anleger 16 zugeführt. Im Anleger 16 ist ein Anlegetisch 22 vorgesehen, auf dem erfindungsgemäß die retro-reflektierende Fläche aufgebracht sein kann.
Wie in einer Aufsicht in 2 schematisch dargestellt, befindet sich ein Bogen 20, der dem Druckwerk 10 in Richtung T zugeführt werden soll, auf dem Anlegetisch 22. An einer geeigneten Stelle des Anlegetisches 22 ist eine retro-reflektierende Fläche 30 so vorgesehen, dass ein in Richtung T transportierter Bogen die retro-reflektierende Fläche 30 nur zum Teil überdeckt. Diese Teilüberdeckung kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass der gesamte Anlegetisch mit einer retro-reflektierenden Fläche versehen ist. Darüber hinaus ist es selbstverständlich auch möglich, lediglich, wie in 2 gezeigt, einen Teilbereich des Anlegetisches 22 mit der retro-reflektierenden Fläche zu versehen.
In 3 ist schematisch eine Vorrichtung zum Erfassen der Lage einer Kante eines Bogens, der einer Druckmaschine zugeführt werden soll, dargestellt. Über eine Lichtquelle 32, der eine Optik 34 nachgelagert ist, wird ein paralleler Lichtstrahl 31 einem halbdurchlässigen Spiegel 38 zugeführt. Bevor der Lichtstrahl 31 auf den halbdurchlässigen Spiegel 38 trifft, kann weiterhin ein Polarisationsfilter 36 zur linearen Polarisierung des Lichtes vorgesehen sein. Bevorzugt wird die Beleuchtungseinrichtung dabei so angeordnet, dass der Lichtstrahl 31 parallel zur xz-Ebene ausgerichtet ist und mit der z-Achse einen Winkel α von größer als 0° einschließt. Weiterhin ist die Lichtquelle 32 so angeordnet, dass sich der Bogen 20 teilweise im Strahlengang der Beleuchtung befindet der Bogen 20 ist auf einem Anlegetisch 22 angeordnet. Auf dem Anlegetisch 22 ist zumindest in einem Teilbereich eine retroreflektierende Fläche 30 insbesondere als retro-reflektierende Folie oder retro-reflektierende Beschichtung vorgesehen. Diese retro-reflektierende Fläche hat die Eigenschaft, dass sie einen einfallenden Lichtstrahl 33 genau in die Einfallsrichtung zurückreflektiert. Damit wird das von der retro-reflektierenden Fläche 30 reflektierte Licht 35 dem halbdurchlässigen Spiegel 38 wieder zugeführt. Entsprechend dessen Durchlässigkeit können die Lichtstrahlen 35 den Spiegel 38 teilweise durchdringen. Diese nun als Messstrahlen 37 gekennzeichneten Lichtanteile werden über eine Linse 42 und eine Zylinderlinse 44 einer CCD-Zeile zugeführt. Durch den Einsatz der Zylinderlinse 44 ist gewährleistet, dass die Abbildung der Lichtstrahlen nur in einer Richtung durchgeführt wird. Damit werden die auf die Zylinderlinse 44 fallenden Messstrahlen 37 so gebrochen, dass sie sich in einer Linie schneiden. Da die Zylinderlinse 44 so angeordnet ist, dass die Zylinderachse 45 parallel zur y-Achse verläuft und der Abstand zwischen der Zylinderlinse und der CCD-Zeile 46 gleich der Brennweite der Zylinderlinse ist, wird somit das Bild des Rechteckförmigen Beleuchtungsquerschnittes in x-Richtung auf eine Linie bzw. auf die CCD-Zeile 46 abgebildet. Damit kann eine optische Mittelung über eine bestimmte Länge der Bogenkante erreicht werden. Mit dieser Anordnung kann so die seitliche Lage eines Bogens 20, der an den Vordermarken 40 anliegt, genau festgestellt werden, wobei die Mittelung über einen bestimmten Bereich der Bogenkante erfolgt, die dann als Bild der Bogenkante 48 festgestellt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 4 gezeigt. Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Variante ist hierbei als Bildsensor eine CMOS-Matrix 47 eingesetzt. Die Verwendung der CMOS-Matrix 47 bedingt, dass auf den Einsatz einer Zylinderlinse verzichtet werden kann. Wiederum durchdringt das von der retro-reflektierenden Fläche 30 reflektierte Licht 35 den halbdurchlässigen Spiegel 38. Diese Messstrahlen 37 werden über die Linse 42 auf eine CMOS-Matrix 47 abgebildet. Die CMOS-Matrix 47 besteht dabei aus sehr kleinen fotoempfindlichen Elementen, die wie die Elemente einer Matrix angeordnet sind. Im Gegensatz zu einer CCD-Matrix kann hierbei jedoch jedes einzelne fotoempfindliche Element wahlfrei ausgelesen werden. Mit dieser Anordnung entsteht somit auf der CMOS-Matrix 47 ein Bild des Bogens bzw. der seitlichen Bogenkante 48. Über die Auswertung der Pixel der Matrix wird eine gemittelte Seitenposition, d.h. eine Position in y-Richtung der Bogenkante berechnet.
Da die fotoempfindlichen Einzelelemente der CMOS-Matrix 47 ausgelesen werden können, besteht mit speziellen Ausleselogarithmen die Möglichkeit, die Anzahl der auszulesenden Pixel deutlich zu verringern, wodurch die Messfrequenz im Vergleich zu einer CCD-Matrix mit gleicher Pixelanzahl deutlich erhöht werden kann. Durch die Verwendung von parallelem Licht, das parallel zur x-z-Ebene ausgerichtet ist, können nachteilige Einflüsse durch eine leicht in z-Richtung gewölbte Bogenkante gering gehalten werden; denn die Qualität und die y-Position des Schattenwurfs der Bogenkante auf der retro-reflektierenden Fläche wird hierdurch nur geringfügig geändert. Darüber hinaus werden durch die Verwendung von parallelem Licht die Verluste an Lichtleistung innerhalb des Systems minimiert.
Neben den in 3 und 4 gezeigten Lösungen ist es auch möglich, statt einer CCD-Zeile oder einer CMOS-Matrix zur Detektion der Messstrahlen 37 eine CCD-Matrix oder eine Fotodiode zu verwenden. Bei Verwendung einer Fotodiode wird das Licht, das von der retroreflektierenden Folie reflektiert und den halbdurchlässigen Spiegel durchdrungen hat, über eine Linse auf eine Fotodiode fokussiert und die Stromstärke des Fotostromes der Diode gemessen. Zur Bestimmung der y-Position einer seitlichen Bogenkante wird der gesamte Aufnehmer über eine Führung in y-Richtung bewegt und über ein Wegmesssystem die y-Position des Lichtstrahles kontinuierlich erfasst. Beim Überqueren der seitlichen Bogenkante in y-Richtung ändert sich die Stromstärke des Fotostromes der Diode nahezu sprunghaft, so dass sich damit wiederum die Bogenkante ermitteln lässt.

10: Druckwerk
12: Antrieb
14: Steuerung
16: Anleger
18: Saugband
20: Bogen
22: Anlegetisch
24: Stapel
26: Schleppsauger
28: Hubsauger
30: retro-reflektierende Fläche
31: Lichtstrahl
32: Lichtquelle
33: einfallender Lichtstrahl
34: Optik
35: retro-reflektierter Lichtstrahl
36: Polarisationsfilter
37: Messstrahl
38: halbdurchlässiger Spiegel
40: Vordermarke
42: Linse
44: Zylinderlinse
45: Zylinderachse
46: CCD-Zeile
47: CMOS-Matrix
48: Bild der Bogenkante
T: Transportrichtung
A: Winkel

Claims

Vorrichtung zum Erfassen der Lage einer Kante eines Verarbeitungsgutes (20), das einer Druckmaschine zugeführt wird, mit einer Beleuchtungseinrichtung (32) zum Beleuchten eines Bereiches des Verarbeitungsgutes (20) und eines an das Verarbeitungsgut angrenzenden Bereiches und einer Messeinrichtung (46, 47) zum Erfassen reflektierter Strahlung, die von der Beleuchtungseinrichtung stammt, wobei zumindest ein Teil des an das Verarbeitungsgut (20) angrenzenden Bereiches, der von der Beleuchtungseinrichtung (32) beleuchtet wird, als retro-reflektierende Fläche (30) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (32) eine flächige Beleuchtungsquelle umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (46, 47) im Einfallswinkel (α) der auf das Verarbeitungsgut (22) fallenden Lichtstrahlen (33) positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (46, 47) als flächiger Bildsensor, insbesondere als CMOS-Matrix ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein halbdurchlässiger Spiegel (38) so vorgesehen ist, dass er einen Teil des von der Beleuchtungsquelle (32) kommenden Lichtes (31) auf das Verarbeitungsgut (32) und den neben dem Verarbeitungsgut liegenden Bereich fällt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (46, 47) relativ zum halbdurchlässigen Spiegel (38) so angeordnet ist, dass die von dem neben dem Verarbeitungsgut liegenden Bereich retro-reflektierte Strahlung (35) durch den halbdurchlässigen Spiegel (38) hindurch und dann auf die Messeinrichtung (46, 47) fällt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Polarisation des von der Lichtquelle (32) kommenden Lichtes vor dem Auftreffen des Lichtes auf das Verarbeitungsgut ein Polarisationsfilter (36), insbesondere zwischen der Lichtquelle (32) und dem halbdurchlässigen Spiegel (38), angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine CCD-Zeile oder eine Fotodiode umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der CCD-Zeile vor dem Erfassen der retro-reflektierten Strahlung (35) Linsen, insbesondere eine Zylinderlinse (44) vorgeschaltet ist.
Verfahren zum Erfassen der Lage einer Kante eines Verarbeitungsgutes (20), das einer Druckmaschine zugeführt wird, mit einer Lichtquelle (32) zum Beleuchten des Verarbeitungsgutes (20) und des neben dem Verarbeitungsgut liegenden Bereiches sowie eine Messeinrichtung (46, 47) zum Erfassen reflektierter Strahlung, wobei zumindest ein Teilbereich des neben dem Verarbeitungsgut (20) liegenden Bereiches eine retro-reflektierende Schicht (30) aufweist und die von dieser retroreflektierenden Schicht (30) reflektierte Strahlung (35) von der Messeinrichtung (46, 47) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungsgut (20) und der neben dem Verarbeitungsgut liegende Bereich von der Lichtquelle (32) flächig beleuchtet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungsgut (20) und der neben dem Verarbeitungsgut liegende Bereich von der Lichtquelle (32) über einen halbdurchlässigen Spiegel (38) beleuchtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die von der retro-reflektierenden Fläche (30) reflektierten Strahlen (35) durch den halbdurchlässigen Spiegel (38) auf die Messeinrichtung (46, 47) geführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Lichtquelle (32) ausgehenden Strahlen mit Hilfe eines Polarisationsfilters (36) polarisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Messeinrichtung eine CMOS-Matrix (47) verwendet wird und die CMOS-Messwerte so ausgelesen werden, dass mehrere Messwerte pro Bogen aufgenommen werden können.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus den mehreren Messwerten ein Mittelwert berechnet werden kann.