DE19519607A1 - Sensor samt signalverarbeitendem Prozessor zur Erfassung der seitlichen Lage von Bahnkanten und/oder Markierungslinien bei der Ver- oder Bearbeitung von laufenden Materialbahnen - Google Patents
Sensor samt signalverarbeitendem Prozessor zur Erfassung der seitlichen Lage von Bahnkanten und/oder Markierungslinien bei der Ver- oder Bearbeitung von laufenden MaterialbahnenInfo
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- DE19519607A1 DE19519607A1 DE1995119607 DE19519607A DE19519607A1 DE 19519607 A1 DE19519607 A1 DE 19519607A1 DE 1995119607 DE1995119607 DE 1995119607 DE 19519607 A DE19519607 A DE 19519607A DE 19519607 A1 DE19519607 A1 DE 19519607A1
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- Controlling Sheets Or Webs (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Sensor samt signalverarbeitendem
Prozessor zur Erfassung der seitlichen Lage von Bahnkanten und/
oder Markierungslinien bei der Ver- oder Bearbeitung von laufen
den Materialbahnen als Teil einer Regelvorrichtung zur seit
lichen Ausrichtung der Materialbahn im Bahnlauf, wobei eine
Lichtquelle auf einen sich beidseits der Bahnkante erstreckenden
Bereich gerichtet ist und die aus diesem Bereich entsprechend
dem unterschiedlichen Reflexionsgrad auf und neben der Material
bahn reflektierten Lichtstrahlen durch ein optisches System auf
eine sich senkrecht zur Laufrichtung der Materialbahn erstrec
kende und einen Streifen beidseits der Bahnkante überdeckende
CCD-Zeile zur zeilenweisen Abtastung des Bahnkantenbereichs pro
jizierbar sind.
An laufenden Materialbahnen unterschiedlichster Art, wie Texti
lien, Papieren, Kunststoff- und Metallfolien und dergl., finden
in automatisierten Anlagen die verschiedensten Be- und Verarbei
tungsprozesse mit zunehmend höheren Anforderungen statt.
Einerseits werden die Materialien, wie Folien aus Kunststoff
oder Aluminium, Papiere in jeglicher Form und Oberflächenbe
schaffenheit, immer dünner und empfindlicher, andererseits sol
len die Anlagen zur Produktionssteigerung immer schneller ar
beiten, Ausschuß muß vermieden werden. Die gewünschte hohe
Qualität des Endprodukts muß schon während des Anlaufens der
Maschine ohne Makulatur erreicht werden. Dazu können Prozesse,
wie Streichen, Kaschieren, Beschichten, Drucken, Schneiden, Wic
keln usw., nicht unkontrolliert durchlaufen werden. Neben ande
ren Faktoren ist von entscheidender Bedeutung, daß die Material
bahn seitlich exakt ausgerichtet in die Bearbeitungsstation ein-
und durch sie hindurchläuft. Zu diesem Zweck durchläuft die Mate
rialbahn vor der Bearbeitungsstation einen z. B. mittels Stell
zylindern um einen virtuellen Drehpunkt schwenkbaren und so die
Lage der Materialbahn beeinflussenden Drehrahmen. Die Bewegung
des Drehrahmens wird gesteuert durch ein Stellsignal, das gewon
nen wird aus einem die aktuelle Bahnkantenlage am Auslauf des
Drehrahmens als Ist-Wert wiedergebenden Meßwert im Vergleich
mit einem vorgebenen Soll-Wert. Für die Ermittlung des Ist-Wer
tes sind nach unterschiedlichen Prinzipien arbeitende Sensoren
bekannt geworden.
Ein Sensor gemäß DE-PS 27 30 733, der mit einem von einer Sende
düse auf eine Empfangsdüse gerichteten Luftstrom arbeitet, der
von der Materialbahn in Soll-Lage halb abgedeckt wird, ist nur
sehr bedingt einsatzfähig, da es passieren kann, daß feines
oder dünnes Folienmaterial gerade erst unter dem Einfluß des
Luftstroms seine Lage ändert oder nicht mehr in der Ebene gehal
ten werden kann.
Nach einem anderen Vorschlag läuft die Materialbahn in ihrem Kan
tenbereich senkrecht durch den Strahlengang einer auf ein licht
empfindliches Element gerichteten Lichtquelle, wobei in Soll-
Lage der Materialbahn die photosensitive Fläche des Elementes
teilweise, vorzugsweise zur Hälfte, abgedeckt ist. Das licht
empfindliche Element liefert dann ein der Überdeckung durch die
Materialbahn analoges Ausgangssignal, das mit einem Soll-Wert
verglichen wird und bei einer Abweichung in der einen oder
anderen Richtung ein entsprechendes Steuersignal auslöst.
Sensoren, die auf einer solchen integrierenden, analogen Kanten
erfassung beruhen, sind ganz allgemein mit den folgenden Nachtei
len behaftet:
Sie sind zum einen sehr störanfällig.
Sie sind zum einen sehr störanfällig.
- - Helligkeitsschwankungen der Lichtquelle werden nicht als sol che erkannte sondern als eine höhere oder niedrigere Überdec kung des lichtempfindlichen Elementes durch das Material und demzufolge als seitliche Abweichung der Materialbahn interpre tiert.
- - Ebenso wird einfallendes Fremdlicht als kleinere Überdeckung des Sensors und eine etwaige Verschmutzung des Sensors bzw. seiner Optik als stärkere Überdeckung, also als seitliche Ver schiebung der Materialbahn verstanden.
- - Bedruckte Bahnen mit unterschiedlichen Helligkeitswerten, aber auch unterschiedliche Materialdichten einer Bahn ergeben fehler hafte Meßwerte.
- - Des weiteren sind derartige Sensoren für den Einsatz bei transparenten bis fast glasklaren Materialien völlig ungeeignet, da der Signalhub beim Übergang vom durch das Material abgedeck ten Bereich zum nicht abgedeckten Bereich der photosensitiven Fläche viel zu gering, d. h. kaum meßbar ist.
Um diese Nachteile zu umgehen, wurden für verschiedene Anwen
dungen verschiedene Sensoren geschaffen; diese speziellen Sen
soren sind dann aber nur für eine bestimmte Applikation bzw. ein
bestimmtes Material geeignet. Sie müssen vor Inbetriebnahme
einer Anlage bzw. vor dem Start eines neuen Arbeitsprozesses
manuell auf die jeweiligen Erfordernisse exakt eingestellt wer
den, was ein zeitaufwendiger Vorgang ist. Häufig wird auch eine
Nachjustierung während des Betriebes nötig, was einen zeit
weiligen Stillstand der Maschinen und zuvor die Produktion von
Ausschußware bedeutet.
Bei bestimmten Anwendungen, z. B. dem Längsschneiden von zuvor be
druckten Papierbahnen bei der Herstellung von Büchern, wird, um
einwandfreie Buchseiten in hoher Qualität zu erhalten, die Bahn
nicht auf die Materialkante ausgerichtet, sondern auf eine
eigens aufgedruckte Markierungslinie. Dabei können die erwähnten
Sensoren, die die reflektierte oder transmittierte Lichtmenge
nur integral über die ganze Erfassungsbreite messen, nicht einge
setzt werden; sie erzeugten in einem solchen oder vergleichbaren
Fall keinen Signalhub an der Markierungslinie. Für eine derarti
ge Anwendung sind nochmals spezielle Sensoren erforderlich.
Die DE-OS 37 29 982 schlägt eine Sensorvorrichtung speziell für
die Bahnkantenregelung bei transparenten Materialien vor, in der
drei separate Licht-Meßwege, d. h. drei Lichtquellen, drei Sen
soren und drei diesen nachgeschaltete Meßverstärker vorgesehen
sind. Nur einer der drei Lichtwege dient der Erfassung der Bahn
kante, mit den beiden zusätzlichen Meßwegen soll die Tranparenz
links und rechts der Bahnkante, also des Materials selbst und
auch der umgebenden Atmosphäre, die z. B. durch Schmutzteilchen
oder durch Temperaturschwankungen beeinflußt sein kann, ermit
telt werden. Die Ausgangssignale der drei Meßverstärker werden
logisch so verknüpft, daß schließlich ein nur noch von der La
ge der Bahnkante abhängiges Signal erhalten wird, mit dem sich
das Stellsignal für die Lageregelung gewinnen läßt. Diese An
ordnung ist außerordentlich aufwendig, kompliziert und kosten
intensiv und ganz speziell auf die Anwendung bei tranparenten Ma
terialien ausgerichtet und auch nur da sinnvoll.
In der DE-OS 36 37 874 ist eine Vorrichtung zur Erfassung von Ma
terialkanten beschrieben, die sich ebenfalls für die Anwendung
bei transparenten Materialien eignen soll. Der Bahnkantenbereich
wird von einer flächenhaft ausgedehnten Beleuchtungseinrichtung
angestrahlt, und die reflektierten Lichtstrahlen werden über ein
optisches System von einem elektrooptischen Bildsensor empfan
gen, der eine zur Laufrichtung der Materialbahn senkrechten,
sich beidseitig der Bahnkante erstreckenden Streifen zeilenartig
abtastet; dabei kann der Bildsensor eine Zeilenkamera in Form
einer CCD-Zeile (charged coupled device) sein. Aufgrund der un
terschiedlichen Lichtreflexion beidseitig der Bahnkante ergibt
sich ein Signalsprung, aus dem in einer Auswerteschaltung ein
Stellsignal zur Lageregelung der Bahnkante gewonnen werden kann.
Auch diese Vorrichtung erfaßt die Lage der Bahnkante auf analog
integrale Weise und ist mit den oben genannten Nachteilen behaf
tet.
In der EP-Anmeldung 0 555 853 ist ein Verfahren beschrieben, das
es ermöglicht, den lichtempfindlichen Sensor vor Inbetriebnahme
der Anlage und bei jeder Änderung des zu verarbeitenden Mate
rials auch unter Berücksichtigung etwaiger Verschmutzungen am
Sensor neu zu justieren. Der Sensor wird dazu mittels einer be
sonderen Verstelleinrichtung aus einer Stellung ohne Überdeckung
über die Materialkante bis zu einer Stellung mit 100%iger Über
deckung geführt. Dabei werden die analogen Ausgangswerte für den
größten Helligkeitswert und den größten Dunkelwert und der
sich daraus ergebende Mittelwert festgestellt und gespeichert.
Dies geschieht einmal vor einer ersten Inbetriebnahme zur Fest
stellung der größtmöglichen erzielbaren Werte für eine Grund
einstellung und auf jeden Fall bei einer Änderung des Materials
vor Produktionsbeginn. Der bei dem betreffenden Material festge
stellte Mittelwert, der für die exakt ausgerichtete Bahnlage
steht, wird mit dem der Grundeinstellung verglichen und bei
einer Abweichung mittels eines Korrekturfaktors auf diesen hin
verschoben, so daß die Bahnlaufregelung gemäß der Grundein
stellung weiterarbeiten kann. Diese Einstellung erfolgt bei
jedem Materialwechsel und vor jedem Arbeitsbeginn. Nachjustie
rungen bei kontinuierlich laufender Bahnregelung sind nicht
möglich, weil der Sensor eine gesonderte Bewegung machen muß.
Es muß dann entweder die Anlage gestoppt werden, oder die Mate
rialbahn muß bei abgeschalteter Bahnkantenregelung vorüber
gehend ungeregelt durch die Maschine laufen.
Um den Schwierigkeiten zu begegnen, die sich aus der Unter
schiedlichkeit der Materialien ergeben, die einmal mehr oder
weniger lichtreflektierend, einmal mehr oder weniger lichtab
sorbierend sein können, schlägt die DE-OS 35 11 474 vor, für
eine auf die Bahnkante einer Materialbahn gerichtete Lichtquelle
zwei Empfängerteile vorzusehen, von denen einer nach dem Refle
xionsprinzip der andere nach dem Lichtschrankenprinzip arbeitet
und die beide ständig in Betrieb sind, so daß in jedem Fall ent
weder von dem einen oder von dem anderen Empfängerteil ein
brauchbares Signal erhalten wird. Die Lösung erscheint unbefrie
digend und aufwendig, auch löst sie die eingangs geschilderten
Probleme nur zum Teil.
Um Störeinflüsse auszuschalten, schlägt die EP-Anmeldung 0 567
762 vor, bei einer nach dem Lichtschrankenprinzip arbeitenden
Vorrichtung eine Vielzahl von Sende- und Empfangselementen, die
sich paarweise genau gegenüberliegen, vorzusehen und diese se
quentiell und paarweise anzusteuern bzw. abzufragen. Es werden
so nur parallele Lichtstrahlen genutzt und vertikale Material
schwankungen verfälschen das Messergebnis nicht. Auch Überschnei
dungen zwischen den einzelnen Sende- und Empfangspaaren sollen
so vermieden werden.
Die DE-PS 42 36 302 beschreibt eine Vorrichtung zur seitlichen
Ausregelung laufender Materialbahnen, die sich ihr Führungskri
terium in Laufrichtung der Bahn über unterschiedlichen Matria
lien jeweils selbst sucht. Dazu wird im Aufnahmebereich eines
Bild/Signal-Wandlers, der eine Video-Kamera sein kann, der ge
samte Bildinhalt spaltenweise auf eine sich über die gesamte
Bahnbreite erstreckende Reihe von Bildpunkten integral über
tragen. Daraus ergibt sich ein Signalbild mit einem dem Bild
inhalt entsprechenden Muster. Eine besonders markante Muster
stelle wird als Referenzmuster abgespeichert und dient dazu, im
Signalbild jeder weiteren Aufnahme die betreffende Stelle wie
derzufinden. Dazu wird das Referenzmuster taktweise gegenüber
dem Signalbild verschoben und für jeden Verschiebungstakt eine
Ähnlichkeitsfunktion berechnet, die an der Stelle der Überein
stimmung ein Maximum hat. Die Lage dieses Maximums in der Bild
punktreihe, die aus der Taktzahl abgeleitet wird, bestimmt die
Lage des Führungskriteriums und damit den Ist-Wert der Bahnlage,
der in einem Regler mit einem Soll-Wert verglichen wird, woraus
bei Abweichungen ein Stellsignal für die Ausrichtung der Materi
albahn gebildet wird.
Die Vorrichtung ist außerordentlich aufwendig und kosteninten
siv, das Verfahren kompliziert. Zur Ermittlung des Führungskri
teriums und seiner Ausrichtung müssen Aufnahmen über die gesamte
Breite der Materialbahn gemacht und verarbeitet werden. Allein
die Kosten für die dazu notwendige Video-Kamera oder den sonsti
gen Bild/Signal-Wandler belaufen sich auf einige tausend DM, da
bei sind die für die Verarbeitung der von der Kamera gelieferten
Informationen notwendigen Zeitintervalle für schnell laufende Ma
schinen - Kaschiermaschinen haben eine Verarbeitungsgeschwindig
keit von derzeit etwa 1000 m/sec, Papiermaschinen von bis zu
2000 m/sec - zu lang.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen universell, bei
den verschiedenartigsten Materialien einsetzbaren und sich
selbsttätig einstellenden und, ohne daß eine Unterbrechung oder
eine unkontrollierte Phase des Arbeitsprozesses notwendig wäre,
nachjustierenden Sensor zur Erfassung der Bahnkante oder eines
Markierungsstriches an laufenden Materialbahnen zu schaffen. Der
Sensor soll für möglichst viele Meßaufgaben eingesetzt werden
können, er soll Fehler nicht nur erkennen sondern auch richtig
interpretieren und danach korrigieren helfen. Die Meßgeschwin
digkeit soll möglichst hoch sein, um auch bei schnell laufenden
Bahnen genau regeln zu können. Dies soll mit nicht zu hohem Auf
wand und zu vertretbaren Kosten erreicht werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die in den in
einer Reihe angeordneten, lichtempfindlichen Elementen (Pixels)
der CCD-Zeile durch das auftreffende Licht erzeugten, der jewei
ligen Beleuchtungsstärke analogen Spannungssignale mit Hilfe
eines von einem Taktgenerator erzeugten Schiebetakts über eine
Schiebetaktleitung nach Art eines Schieberegisters entlang der
CCD-Zeile verschiebbar und an deren Ausgang nacheinander einzeln
abgreifbar sind, daß der Ausgang der CCD-Zeile mit dem einen
Eingang wenigstens eines Komparators verbunden ist, an dessen
zweitem Eingang ein einstellbarer, analoger Spannungs-Schwel
lenwert angelegt ist, und am Ausgang des Komparators je nach
Überschreiten oder Unterschreiten des Schwellenwertes durch die
von den einzelnen lichtempfindlichen Elementen der CCD-Zeile
stammenden, analogen Spannungssignale ein digitales 0- oder 1-
Signal ansteht, das einem Controller zuführbar ist, durch den
mit Hilfe eines Taktzählers die Position des den Hell/Dunkel-
oder Dunkel/Hell-Übergang an der Bahnkante repräsentierenden
Signalsprungs am Ausgang des Komparators in Bezug auf die CCD-
Zeile feststellbar und bei Abweichung von einem eingestellten
Soll-Wert ein Korrektursignal erzeugbar oder über eine schnelle,
serielle, bidirektionale Schnittstelle in einer nachgeschalteten
Regelelektronik ein Stellsignal zur Regelung der seitlichen Lage
der Materialbahn einleitbar ist.
Durch die digitale Auswertung der einzeln an der CCD-Zeile abge
griffenen analogen Spannungswerte wird der Bahnkantenbereich
nicht nur zeilenweise sondern in den Zeilen auch punktweise ab
getastet; die Auflösung hängt dabei von der Zahl der Meßpunkte,
d. h. von der Zahl der lichtempfindlichen Elemente oder Pixel auf
der CCD-Zeile ab. Störungen, wie die Verschmutzung des optischen
Systems, Fremdlichteinfall oder Temperaturdrift, werden von dem
erfindungsgemäßen Sensor als solche erkannt und kompensiert,
denn sie führen zwar zu einer Verschiebung des Spannungspegels
an den lichtempfindlichen Elementen der CCD-Zeile, ihre Position
auf der Zeile aber bleibt erhalten und der oder die Vergleichs-
Schwellenwerte können nachgeführt werden. Dasselbe geschieht,
wenn sich der Reflexionsgrad der laufenden Materialbahn verän
dert.
Der Sensor eignet sich auch für den Einsatz bei hochtransparen
ten Materialien; der niedrige Kontrast auf und neben der Mate
rialbahn führt zwar auch zu einem nur geringen Signalhub, er
tritt aber auf einer ganz kleinen Breite auf und ist deshalb
problemlos zu detektieren.
Alle erfaßten Informationsdaten werden von der Elektronik zen
tral ausgewertet, und der Sensor kann dem jeweiligen Anwendungs
fall entsprechend automatisch parametriert werden.
Vorzugsweise ist der Schwellenwert am zweiten Eingang des Kompa
rators durch den Controller über einen D/A-Wandler erzeugbar und
verstellbar.
Bei Ausbleiben eines Signalsprungs am Ausgang des Komparators
über eine ganze Abtastzeile kann durch ein Korrektursignal des
Controllers wahlweise der Schwellenwert am zweiten Eingang des
Komparators verschoben oder die Leistung der Lichtquelle verän
dert werden. Es ergeben sich somit zwei Möglichkeiten der Stö
rungskompensation.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der
Ausgang der CCD-Zeile mit dem jeweils ersten Eingang von drei
parallel liegenden Komparatoren verbunden, an deren jeweiligem
zweiten Eingang unterschiedliche und voneinander unabhängig
einstellbare analoge Spannungs-Schwellenwerte anliegen, von
denen der eine mittlere den Hell/Dunkel- oder Dunkel/Hell-Über
gang an der Bahnkante repräsentiert und die beiden äußeren dazu
in einem Voranzeige-Abstand darüber bzw. darunter liegen. Am Aus
gang jedes Komparators steht dann je nach Über- oder Unterschrei
ten des betreffenden Schwellenwertes durch die von den einzelnen
lichtempfindlichen Elementen stammenden Spannungssignale ein
digitales 0- oder 1-Signal an, und diese werden zusammen mit
einem die Position auf der CCD-Zeile definierenden Zählimpuls
eines Taktzählers dem Controller zugeführt, durch welchen bei in
Bezug auf die CCD-Zeile auftretenden Positionsabweichungen der
Signalsprünge an den Komparatorausgängen von eingestellten Soll-
Werten Korrektursignale erzeugt werden bzw. über die bidirektio
nale Schnittstelle in einer nachgeschalteten Regelelektronik ein
Stellsignal zur Regelung der seitlichen Lage der Materialbahn
eingeleitet wird.
Durch die Verwendung von drei Komparatoren, die von der zentra
len Elektronik auf verschiedene Schwellenwerte eingestellt wer
den, wird vermieden, daß infolge eines veränderten Reflexions
grades, von Fremdlicht oder Temperaturdrift und dergleichen, der
notwendige, den Hell/Dunkel-Übergang an der Bahnkante anzeigende
Signalsprung plötzlich ausbleibt; bei einer Pegeländerung wird
immer zuerst einer der beiden äußeren Komparatoren keinen Über
gang mehr anzeigen, die beiden anderen Komparatoren erlauben
dann noch eine Kantendetektion, so daß die Schwellenwerte ohne
Unterbrechung der Bahnkantenregelung nachgeführt werden können.
Dies geschieht vorteilhafterweise, indem die Schwellenwerte der
Komparatoren bei einem ausbleibenden Signalsprung am Ausgang
eines der beiden Komparatoren mit den äußeren Schwellenwerten
unabhängig voneinander vom Controller über den D/A-Wandler ver
schoben werden können.
Es kann aber auch in dieser Ausführungsform der Erfindung bei
ausbleibendem Signalsprung am Ausgang eines der beiden Kompara
toren mit den äußeren Schwellenwerten die Leistung der Licht
quelle nach Bedarf vom Controller über eine Steuerleitung erhöht
oder reduziert werden.
Vorzugsweise sind die Ausgänge der drei Komparatoren einerseits
mit einem Daten-Speicher und andererseits mit einer Vor-Auswerte
elektronik verbunden, in der in Vergleichsgattern jedes Ausgans
signal n eines jeden Komparators mit dem jeweils unmittelbar vor
ausgehenden, in Kurzzeitspeichern gespeicherten Ausgangssignal
n-1 verglichen wird; die Ausgänge der Vergleichsgatter sind
mit einem Logikbaustein verbunden, der nur bei einem auftreten
den Signalsprung einen Speicherbefehl an den Datenspeicher ab
gibt, wonach der Signalsprung und mit Hilfe des vom Taktzähler
stammenden Taktimpulses auch seine Position in Bezug auf die
CCD-Zeile gespeichert und an den Controller weitergeleitet wird.
Es erfolgt so eine Informationsverdichtung, so daß nur noch die
für die Bahnkantenregelung tatsächlich erforderlichen Informa
tionen gespeichert und über die Schnittstelle übertragen werden
müssen, was eine entsprechend hohe Dynamik für die Regelung er
gibt.
Dadurch daß der von dem Taktgenerator erzeugte und über eine
Schiebetaktleitung an die CCD-Zeile angelegte Schiebetakt vor
zugsweise eine Frequenz von 2 MHz hat und auf der CCD-Zeile
sich als Meßpunkte in einer Reihe quer zur Materialbahn 2048
lichtempfindliche Elemente (Pixels) befinden, kann am Ausgang
der CCD-Zeile pro Millisekunde ein neuer Zeilensatz an Span
nungssignalen zur Verfügung stehen.
Die Brennweite des optischen Systems ist vorzugsweise so ge
wählt, daß die Bahnkante durch die an ihr reflektierten Licht
strahlen exakt auf eines der lichtempfindlichen Elemente der
CCD-Zeile abgebildet wird; dies gewährleistet eine hohe Präzi
sion der Bahnkantenerfassung.
Die Lichtquelle und das optische System können vorteilhaft im
Gehäuse des Sensors integriert sein.
Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine Halogenlampe; neben ihrem
relativ guten Wirkungsgrad hat die Halogenlampe noch die Vor
teile, daß sie ein hochfrequentes, weißes Licht aussendet, für
welchen Frequenzbereich ein CCD-Sensor besonders empfindlich
ist, und daß sie aufgrund ihrer trägen Reaktionsweise auch im
getakteten Betrieb ein konstantes Licht aussendet.
Zur Erfassung einer auf der Materialbahn aufgedruckten Markie
rungslinie können infolge der punktweisen Abtastung mit demsel
ben Sensor drei Hell/Dunkel- bzw. Dunkel/Hell-Übergänge festge
stellt werden, nämlich der an der Bahnkante und in gleichbleiben
dem Abstand dazu die beiden an der Markierungslinie, wodurch
deren Erfassung eindeutig und von Fehlern der Materialbahn unter
schieden wird. Ein besonderer Sensor für diesen Anwendungsfall
ist nicht notwendig.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der anhängenden Zeich
nungen beispielhaft genauer beschrieben.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer ersten einfachen Ausfüh
rungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer verbesserten und bevor
zugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 veranschaulicht in einem Diagramm die Funktionsweise des
erfindungsgemäßen Sensors nach der bevorzugten Ausfüh
rungsform gemäß Fig. 2.
Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, ist eine leistungsstarke
Lichtquelle 10 auf einen begrenzten Bereich beidseits der Kante
12 einer exakt ausgerichtet zu führenden Materialbahn 11 gerich
tet. Aus diesem Bereich reflektierte Lichtstrahlen werden durch
ein optisches System 13 auf eine CCD-Zeile (charged coupled
device) 14 projiziert, deren Ausgang mit dem einen Eingang eines
Komparators K1 verbunden ist, der an seinem zweiten Eingang von
dem Mikro-Controller 15 über einen 8-bit DA-Wandler 16 einen
analogen Schwellenwert zugeführt erhält. Es ist ohne weiteres zu
erkennen, daß Lichtstrahlen hauptsächlich bzw. ausschließlich
von dem auf der Materialbahn 11 liegenden Teilbereich reflek
tiert werden, während aus dem zwar im Strahlengang der Licht
quelle 10 aber neben der Materialbahn 11 liegenden Teilbereich
nur wenige oder gar keine Lichtstrahlen (etwa Fremdlicht) die
CCD-Zeile 14 erreichen. Der Ausgang des Komparators K1 ist mit
dem Mikro-Controller 15 verbunden, dieser kommuniziert über eine
serielle bidirektionale Schnittstelle 17 und die Verbindung 18
mit der (in der Zeichnung nicht wiedergegebenen) Regelelektro
nik, die im Bedarfsfall ein Stellsignal zur Ausrichtung der Ma
terialbahn 11 abgibt.
Die CCD-Zeile 14 besteht aus einer Vielzahl (z. B. 2048) in einer
Reihe quer zur Laufrichtung der Materialbahn 11 angeordneten
lichtempfindlichen Elementen oder Pixles, die Meßpunkte bilden,
in denen durch das auftreffende Licht der jeweiligen Lichtstärke
analoge Signale in Form von Ladungspaketen erzeugt und vorüber
gehend gespeichert werden. Diese Ladungspakete werden durch
einen von einem Taktgenerator 19 über eine Schiebetaktleitung 20
zugeführten Schiebetakt von z. B. 2 MHz taktweise nach Art eines
Schieberegisters in der CCD-Zeile 14 verschoben, bis sie diese
an ihrem Ausgang nacheinander als analoge Ausgangs-Spannungssig
nale verlassen, d. h. dem Komparator K1 an dessen einem Eingang
zugeführt werden, um in diesem mit dem über den D/A-Wandler 16
eingestellten Schwellenwert verglichen zu werden. Die CCD-Zeile
14 tastet so die vorbeilaufende Materialbahn 11 in ihrem Kanten
bereich zeilenweise ab und liefert im Schiebetakt kontinuierlich
analoge Spannungssignale, d. h. bei einem Schiebetakt von 2 MHz
und 2048 Meßpunkten oder Pixles auf der CCD-Zeile 14 steht nach
ca. jeder Millisekunde ein Zeilensatz neuer Werte bereit; die Ab
tastung erfolgt also mit einer dementsprechend hohen Auflösung.
Die Ausgangssignale der CCD-Zeile 14 werden im Komparator K1 so
fort digitalisiert, und auch die weitere Auswertung erfolgt
durchgängig digital, einschließlich der Schnittstelle 17 zu dem
zentralen Auswertungsgerät. So erhält man schon am Komparator K1
eine Datenkomprimierung von 8 bit auf 1 bit, und es können alle
erfaßten Informationen zentral ausgewertet werden, und der Sen
sor kann, wie weiter unten noch erläutert wird, vom Auswertungs
gerät für die jeweilige Anwendung parametriert werden.
Für die Meßpunkte, an denen die CCD-Zeile 14 über das optische
System 13 Lichtstrahlen aus dem außerhalb der Materialbahn 11
liegenden Teilbereich der Abtastzeile erhält, werden die an der
CCD-Zeile 14 erhaltenen Ausgangssignale unterhalb des am Kompa
rator K1 eingestellten Schwellenwertes liegen, und am Ausgang
des Komparators K1 wird ein digitales 0-Signal anstehen; für die
Meßpunkte im Überdeckungsbereich, an denen die CCD-Zeile 14
über das optische System 13 von der Materialbahn 11 reflektierte
Lichtstrahlen erhält, werden die erhaltenen Ausgangssignale
diesen Schwellenwert erreichen oder überschreiten, und am Aus
gang des Komparators K1 wird eine digitales 1-Signal anstehen
und dem Mikro-Controller 15 zugeführt. Mit Hilfe eines in Fig. 1
nicht dargestellten Taktzählers läßt sich feststellen und fest
halten, bei welchem Takt, d. h. an welchem Meßpunkt der CCD-
Zeile 14 der Übergang stattgefunden hat, womit dann auch die
aktuelle Position der Bahnkante 12 feststeht. Bei einer Abwei
chung dieses Positionswertes vom vorgegebenen Soll-Wert löst der
in der Zeichnung nicht dargestellte Regler ein Stellsignal zur
Korrektur der seitlichen Lage der Materialbahn 11 aus.
Da bei dem erfindungsgemäßen Sensor die Lichtstrahlen nicht
parallel auf die CCD-Zeile 14 auftreffen, sondern nach dem Re
flexionsgesetz reflektierte Lichtstrahlen durch das optische
System 13 auf die CCD-Zeile 14 abgebildet werden, vollzieht sich
der der Bahnkante 12 entsprechende Übergang nicht in einem ein
zigen exakten Ladungsprung von einem Meßpunkt der CCD-Zeile zum
anderen oder von einem Schiebetakt zum nächsten, sondern infolge
einer gewissen Lichtstreuung ändert sich die hervorgerufene La
dungsmenge in mehreren Schritten über mehrere Meßpunkte. Es ist
deshalb vorteilhaft die Brennweite des optischen Systems 13 so
zu wählen, daß die Bahnkante 12 in ihrer dem Schwellenwert ent
sprechenden Soll-Position exakt auf einen bestimmten Meßpunkt
der CCD-Zeile 14 abgebildet wird und so ein exakter Signalsprung
am Komparator K1 erhalten wird.
Sollte z. B. bei einem Materialwechsel und sich daraus ergebenden
veränderten Reflexionseigenschaften zunächst über die gesamte
CCD-Zeile 14 kein Übergang festgestellt werden können, so wird
vom Controller 15 auf Anregung über die Schnittstelle 17 hin der
Schwellenwert oder die Lichtintensität der Lichtquelle solange
verändert, bis eine Kante oder auch ein Markierungsstrich gefun
den ist. Gelingt dies nicht, wird über die Schnittstelle 17 ein
Fehlersignal gesendet. Auf dieselbe Weise wird beispielsweise
auch eine Verschiebung der Spannungspegel der einzelnen CCD-
Elemente infolge einer Temperaturdrift automatisch ausgeglichen.
Als Lichtquelle 10 wird vorzugsweise eine Halogenlampe einge
setzt; sie hat einen relativ guten Wirkungsgrad und spendet ein
weißes Licht, auf dessen Frequenzbereich ein CCD besonders emp
findlich reagiert, und aufgrund ihrer trägen Reaktionsweise
sendet sie auch im getakteten Betrieb ein konstantes Licht aus.
Außerdem ist die Leistung der Lichtquelle 10 bzw. der Halogen
lampe vom Controller 15 über eine Steuerleitung 21 steuerbar;
wenn z. B. infolge von Verschmutzung des optischen Systems 13 der
Lichteinfall geringer wird, so bewirkt dies zunächst eine Ver
schiebung des Spannungspegels der CCD-Elemente; die digital abge
fragte Position des Übergangs bleibt jedoch exakt erhalten und
die Pegelverschiebung kann durch eine gesteuerte Leistungs
steigerung der Lichtquelle 10 ausgeglichen werden, so daß der
Schwellenwert des Komparators K1 wieder exakt an der Stelle des
Übergangs erreicht wird. Umgekehrt kann eine Verschiebung des
Spannungspegels durch Fremdlichteinfall in entgegengesetzter
Richtung durch eine gesteuerte Reduzierung der Lichtquellen-
Leistung kompensiert werden.
Die Lichtquelle 10 und das optische System 13 sind in das Gehäu
se des Sensors, das in Fig. 1 durch eine strichlierte Linie an
gedeutet ist, integriert.
Mit dieser einfacheren erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ge
mäß Fig. 1 ist die Erfassung der Bahnkante oder eines z. B. auf
gedruckten Markierungsstrichs für die nachfolgende Bahnkanten
regelung bereits möglich, es besteht allerdings noch insofern
eine gewisse Unsicherheit, als, wie oben bereits erwähnt, sich
die Licht- oder Reflexionsverhältnisse derart ändern können,
daß die Spannungsamplitude am Ausgang der CCD-Zeile 14 für den
den Übergang repräsentierenden Meßpunkt den zuvor am Komparator
K1 eingestellten Schwellenwert nicht mehr erreicht und so, wenn
gleich die Position erhalten bleibt, die Bahnkantenregelung kurz
zeitig ausfällt, bis der Schwellenwert, wie oben beschrieben,
durch den Controller 15 nachgeführt, d. h. neu eingestellt ist.
Eine solche, wenn auch nur kurze Unterbrechung kann besonders
bei den erwähnten schnell laufenden Maschinen von entscheidendem
Nachteil sein. Es ist somit wünschenswert, beim zeilenweisen Ab
tasten des Bahnkantenbereichs jeweils eine Voranzeige für das Er
reichen der Bahnkante 12 aus beiden Richtungen zu erhalten, da
mit rechtzeitig eine etwa erforderliche Nachführung des Schwel
lenwertes eingeleitet werden kann und keine Unterbrechung des
Regelvorganges eintritt.
Dies leistet die bevorzugte, zweite Ausführungsform der Erfin
dung gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 2; gleiche Teile sind
darin mit den gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 bezeichnet.
Dargestellt ist wiederum die in ihrer Leistung nach Anregung von
der Regelelektronik bzw. der Schnittstelle 17 über eine Steuer
leitung 21 vom Controller 15 steuerbare Lichtquelle 10, die wie
derum bevorzugt eine Halogenlampe ist, und die CCD-Zeile 14, auf
die über ein optisches System die aus dem Kantenbereich der Ma
terialbahn reflektierten Lichtstrahlen treffen. (Die Material
bahn und das optische System sind in Fig. 2 nicht dargestellt.)
Über die Schiebetaktleitung 20 wird die CCD-Zeile 14 vom Takt
generator 19 mit dem Schiebetakt von vorzugsweise 2 MHz ange
steuert. Die CCD-Zeile 14 ist verbunden mit einer Abtast- und
Haltevorrichtung 22, die die von den Meßpunkten der CCD-Zeile
14 stammenden, analogen Spannungssignale vorübergehend speichert
und weiterleitet an den jeweils ersten Eingang von in dieser Aus
führungsform drei parallel liegenden Komparatoren K1, K2, K3,
die über den D/A-Wandler 16 an ihrem zweiten anderen Eingang un
abhängig voneinander einstellbare, unterschiedliche und vom
Controller 15 überwachbare Schwellenwerte zugeführt erhalten. Im
Falle des einen Komparators K1 ist dies, wie in der Ausführungs
form nach Fig. 1, der den Soll-Wert der seitlichen Bahnkanten
lage repräsentierende Schwellenwert 1, die Schwellenwerte 2 und
3 der beiden anderen Komparatoren K2 und K3 liegen um einen
Sicherheits- oder Voranzeigeabstand darunter bzw. darüber (siehe
dazu Fig. 3). Die drei Komparatoren K1, K2, K3 liefern an ihren
Ausgängen für jeden Meßpunkt oder jedes Pixel der CCD-Zeile 14
ein digitales 0- oder 1-Signal, je nachdem ob der betreffende
Schwellenwert von dem aktuell zugeführten Spannungssignal unter-
oder überschritten wird. Beim Hell/Dunkel-Übergang von der Mate
rialbahn auf den Hintergrund vollzieht das von der CCD-Zeile 14
zugeführte Spannungssignal an den Komparatoreingängen einen In
tensitätssprung, der die Komparatorausgänge kurz nacheinander
von 0- auf 1-Signal springen läßt; das Entsprechende geschieht
bei einem Dunkel/Hell-Übergang in umgekehrter Richtung, d. h. an
den Komparatorausgängen springt dann das Signal jeweils von 1
auf 0.
In Fig. 3 ist dies in zwei Diagrammen schematisch dargestellt.
Im oberen Diagramm sind auf der Horizontalen die Meßpunkte oder
Pixel der CCD-Zeile 14 aufgetragen, auf der Vertikalen die ana
logen Spannungswerte der einzelnen Meßpunkte, mit 1, 2, und 3
sind die Schwellenwerte der Komparatoren K1, K2, K3 angegeben.
Der Bereich a auf der Horizontalen entspricht dem Teilbereich
der Meßzeile außerhalb der Materialbahn, der Bereich b mar
kiert den Übergang an der Bahnkante, in dem nacheinander die
Kompparatorschwellen erreicht werden, der Bereich c entspricht
dem Überdeckungsbereich von Materialbahn und CCD-Zeile 14. Im
unteren Diagramm der Fig. 3 ist der an den Ausgängen der Kompa
ratoren K1, K2, K3 bei Erreichen der Schwellenwerte im Über
gangsbereich jeweils auftretende Signalsprung dargestellt.
Die Ausgänge der Komparatoren K1, K2, K3 sind mit einem Speicher
23 verbunden, in dem die Hell/Dunkel- bzw. Dunkel/Hell-Übergänge
zusammen mit der durch einen Taktzähler 24 mit Hilfe des Schie
betakts ermittelten Position auf der CCD-Zeile 14 gespeichert
werden. Er kommuniziert mit dem Controller 15 und dieser über
die serielle bidirektionale Schnittstelle 17 und die Verbindung
18 mit der zentralen Regelelektronik.
Im Normalbetrieb wird nur der Hell/Dunkel-Übergang an der Bahn
kante, der dem mittleren Schwellenwert 1 des Komparators K1 ent
spricht, detektiert und seine Position an die zentrale Regel
elektronik übermittelt, die ihrerseits feststellt, ob die Posi
tion der Bahnkante dem Soll-Wert entspricht und bei Abweichung
ein Stellsignal abgibt. Die beiden zusätzlichen Komparatoren K2
und K3, die auf den oberen und unteren Schwellenwert 2 und 3 ein
gestellt sind, liefern dabei an die Regelelektronik eine Voran
zeige für den bevorstehenden Bahnkanten-Übergang aus der einen
oder anderen Richtung. So kann vermieden werden, daß infolge
sich ändernder Reflexionsverhältnisse, z. B. bei Materialwechsel,
durch einfallendes Fremdlicht oder andere Einflüsse, und die
sich daraus ergebende Verschiebung der Spannungspegel an den
Meßpunkten der CCD-Zeile 14 der für die Erfassung der Bahnkante
notwendige Hell/Dunkel-Übergang plötzlich ausbleibt und demzu
folge die Regelung vorübergehend ausfällt. Bei einer Signalpegel
änderung wird immer zuerst eine der beiden äußeren Schwellen
werte 2 und 3 nicht mehr erreicht, und der betreffende Kompara
tor K2, K3 zeigt somit keinen Übergang mehr an. Die Regelung
wird aber durch den Komparator K1 mit dem mittleren Schwellen
wert 1 weiter aufrechterhalten, und es bleibt genügend Zeit, um
bei Ausbleiben des Übergangs-Signals einer der beiden äußeren
Komparatoren K2 oder K3 die Schwellenwerte durch die zentrale
Regelelektronik den geänderten Verhältnissen entsprechend neu
einzustellen. Die Bahnkantenregelung wird nicht unterbrochen,
sondern kann kontinuierlich weitergeführt werden. Genauso kann
auch die Leistung der Lichtquelle geänderten Verhältnissen ent
sprechend, z. B. bei Verschmutzung am optischen System, gesteuert
werden, bevor die Bahnkantenregelung ausfällt. Außerdem besteht
die Möglichkeit, den Benutzer über ein geeignetes Interface auf
die Veränderung aufmerksam zu machen und z. B. zur Reinigung des
optischen Systems aufzufordern.
Folgende Reaktionsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen CCD-Sen
sors bei veränderten Bedingungen sind möglich:
- - die Reflexion von der Materialbahn wird um soviel schwächer, daß der Komparator K3 mit dem oberen Schwellenwert 3 keinen Übergang mehr findet; daraufhin wird die von der Lichtquelle 10 ausgehende Lichtstärke erhöht bzw. der Schwellenwert 3 über den Controller 15 abgesenkt, bis der Komparator K3 wieder an sprechen kann;
- - die Reflexion von der Materialbahn wird um soviel stärker, daß der Komparator K2 mit dem unteren Schwellenwert 2 keinen Übergang mehr findet; daraufhin wird die von der Lichtquelle 10 ausgehende Lichtstärke verringert bzw. der Schwellenwert 2 über den Controller 15 angehoben, bis der Komparator K2 wieder ansprechen kann;
- - die Verschmutzung am optischen System wird größer, die Inten sität des reflektierten Lichts wird demzufolge kleiner, und der Komparator K3 mit dem oberen Schwellenwert 3 findet keinen Übergang mehr; die Lichtstärke der Lichtquelle 10 wird erhöht bzw. der Schwellenwert 3 des Komparatores K3 abgesenkt;
- - durch einen hohen Fremdlichtanteil wird die CCD-Zeile 14 über steuert, der Komparator 2 mit dem unteren Schwellenwert 2 fin det keinen Übergang mehr; die Lichtstärke der Lichtquelle 10 wird verringert bzw. der Schwellenwert 2 des Komparatores K2 angehoben.
Wie bereits in bezug auf Fig. 1 erwähnt, liefert die CCD-Zeile
14 mit der Frequenz des Schiebetakts (im Beispiel 2 MHz) konti
nuierlich analoge Signale, die alle an jedem Komparatorausgang
K1, K2, K3 ein digitales 0- oder 1-Signal auslösen. Von Inter
esse für die Bahnkantenregelung ist aber nur der jeweilige Sig
nalsprung im Übergangsbereich der Bahnkante, nicht die gleich
bleibenden Signale im Überdeckungsbereich der Materialbahn oder
im Hintergrundbereich. Um den Speicher 23 und die nachfolgende
Elektronik nicht mit unnötigen Informationssignalen zu über
schwemmen, findet erfindungsgemäß eine Vor-Auswertung der In
formationssignale im Sensor statt. Dazu wird jedes von den Kom
paratoren K1, K2, K3 kommende digitale Signal mit dem unmittel
bar vorhergehenden verglichen. Jedes von einem der Komparatoren
K1, K2, K3 kommende Ausgangssignal n wird dem einen Eingang
eines Vergleichs-Gatters 25 zugeführt, an dessen anderem Eingang
das unmittelbar vorhergehende Ausgangssignal n-1 desselben
Komparators K1, K2, K3 ansteht, das in einem Kurzzeitspeicher 26
für die Dauer des folgenden Schiebetaktes gespeichert wurde. Nur
wenn im Vergleichsgatter 25 eine Änderung des Ausgangssignals n
zum vorhergehenden Ausgangssignal n-1 festgestellt wird, gibt
die nachfolgende Logikschaltung 27 einen Speicherbefehl an den
Speicher 23 ab, in dem dann diese den Übergang von Hell nach
Dunkel oder von Dunkel nach Hell an der Bahnkante (vor-)anzei
genden Signale zusammen mit dem Positionssignal vom Taktzähler
24 gespeichert und zur weiteren Auswertung an den Controller 15
und die Schnittstelle 17 weitergeleitet werden, damit bei einer
seitlichen Abweichung der Bahnkante ein Stellsignal abgegeben
werden kann. Es findet so eine Verdichtung der Information von
beispielsweise 2048 auf 3 Einheiten pro Abtastzeile statt (ent
sprechend der Pixelzahl der CCD-Zeile 14), und es müssen nur
noch verhältnismäßig wenige Daten im Speicher 23 gespeichert
und über die Schnittstelle 17 übertragen werden; dies ergibt
eine entsprechend hohe Dynamik für die Regelung und erlaubt die
Verwendung eines Speichers mit geringerer Speicherkapazität.
Der erfindungsgemäße Sensor ist universell einsetzbar; er kann,
wie dargelegt, auf ganz unterschiedliche Materialien mit ganz
unterschiedlichen Reflexionseigenschaften eingestellt werden.
Der Einsatz von zwei Sensoren beidseits der Materialbahn 11 er
laubt es, die Position der Bahnmitte zu regeln. Die Sensoren
sind vorteilhaft über Steckkontakte mit der Regelelektronik ver
bindbar, und diese ist mittels Knopfdruck auf Bahnkantenregelung
rechts oder links oder Bahnmittenregelung umschaltbar.
Wegen seines hohen Auflösungsvermögens gestattet der erfindungs
gemäße Sensor auch die Regelung der seitlichen Lage einer
Materialbahn 11 nach einer aufgebrachten Markierung, z. B. einem
aufgedruckten Markierungsstrich oder einer Bildkante. Dazu wer
den nach der Erfindung an den Komparatoren K1, K2, K3 jeweils
drei Übergänge erfaßt; in Fig. 3 ist dies schematisch darge
stellt. Neben der Erfassung des Übergangs an der Bahnkante (Be
reich c des Diagramms in Fig. 3), stellt der Sensor in jeder Ab
tastzeile am Markierungsstrich noch zwei weitere Übergänge,
einen von hell nach dunkel und einen von dunkel nach hell fest,
denn im Bereich des Markierungsstriches wird das auftreffende
Licht deutlich weniger reflektiert als von der übrigen Fläche
der Materialbahn 11. Wenn in einer Zeile in gleichbleibendem Ab
stand zueinander die drei Übergänge festgestellt sind, zeigt
dies die seitliche Lage des Markierungsstriches an, und die Re
gelung kann danach erfolgen. Indem neben den beiden Übergängen
am Markierungsstrich selbst auch der der Bahnkante miteinbezogen
wird, eben nacheinander drei Übergänge festgestellt werden, wird
gewährleistet, daß tatsächlich der Markierungsstrich erfaßt
wurde und nicht etwa eine Fehlerstelle im Material. Wegen der
hohen Zeilenfrequenz des erfindungsgemäßen Sensors, wie oben er
wähnt, kann pro Millisekunde ein neuer Wertesatz bereitstehen,
beeinträchtigt es die Regelung der Materialbahnlage nicht, wenn
der Markierungsstrich einmal fehlerhaft eine kurze Unterbrechung
oder einen sonstigen Fehler aufweist.
Die Regelung nach dem Markierungsstrich ist ebenfalls vorzugs
weise per Knopfdruck an der Regelelektronik wählbar.
Bezugszeichenliste
1 Schwellenwert
2 Schwellenwert
3 Schwellenwert 4
5
6
7
8
9
10 Lichtquelle
11 Materialbahn
12 Bahnkante
13 optisches System
14 CCD-Zeile
15 Mikro-Controller
16 D/A-Wandler
17 bidirekt. Schnittstelle
18 Verbindung zum Regler
19 Taktgenerator
20 Schiebetaktleitung
21 Steuerleitung
22 Abtast- u. Haltevorricht.
23 Speicher
24 Taktzähler
25 Vergleichs-Gatter
26 Kurzzeitspeicher
27 Logikbaustein
28 Vor-Auswerteelektronik
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
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80
81
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83
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93
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K1 Komparatoren
K2 Komparatoren
K3 Komparatoren
2 Schwellenwert
3 Schwellenwert 4
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10 Lichtquelle
11 Materialbahn
12 Bahnkante
13 optisches System
14 CCD-Zeile
15 Mikro-Controller
16 D/A-Wandler
17 bidirekt. Schnittstelle
18 Verbindung zum Regler
19 Taktgenerator
20 Schiebetaktleitung
21 Steuerleitung
22 Abtast- u. Haltevorricht.
23 Speicher
24 Taktzähler
25 Vergleichs-Gatter
26 Kurzzeitspeicher
27 Logikbaustein
28 Vor-Auswerteelektronik
29
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89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
K1 Komparatoren
K2 Komparatoren
K3 Komparatoren
Claims (15)
1. Sensor samt signalverarbeitendem Prozessor zur Erfassung der
seitlichen Lage von Bahnkanten und/oder Markierungslinien
bei der Ver- oder Bearbeitung von laufenden Materialbahnen als
Teil einer Regelvorrichtung zur seitlichen Ausrichtung der Mate
rialbahn im Bahnlauf, wobei eine Lichtquelle auf einen sich beid
seits der Bahnkante erstreckenden Bereich gerichtet ist und aus
diesem Bereich entsprechend dem unterschiedlichen Reflexions
grad auf und neben der Materialbahn reflektierte Lichtstrahlen
durch ein optisches System auf eine sich senkrecht zur Laufrich
tung der Materialbahn erstreckende und einen Streifen beidseits
der Bahnkante überdeckende CCD-Zeile zur zeilenweisen Abtastung
des Bahnkantenbereichs projizierbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in den in einer Reihe angeordneten, lichtempfindlichen
Elementen (Pixels) der CCD-Zeile (14) durch das auftreffende
Licht erzeugten, der jeweiligen Beleuchtungsstärke analogen Span
nungssignale mit Hilfe eines von einem Taktgenerator (19) erzeug
ten Schiebetakts über eine Schiebetaktleitung (20) nach Art
eines Schieberegisters entlang der CCD-Zeile (14) verschiebbar
und an deren Ausgang nacheinander einzeln abgreifbar sind, daß
der Ausgang der CCD-Zeile (14) mit dem ersten Eingang wenigstens
eines Komparators (K1) verbunden ist, an dessen zweitem Eingang
ein einstellbarer, analoger Spannungs-Schwellenwert angelegt
ist, und am Ausgang des Komparators (K1) je nach Überschreiten
oder Unterschreiten des Schwellenwertes durch die von den einzel
nen lichtempfindlichen Elementen der CCD-Zeile (14) stammenden,
analogen Spannungssignale ein digitales 0- oder 1-Signal an
steht, das einem Controller (15) zuführbar ist, durch den mit
Hilfe eines Taktzählers (24) die Position des den Hell/Dunkel-
oder Dunkel/Hell-Übergang an der Bahnkante (12) repräsentieren
den Signalsprungs am Ausgang des Komparators (K1) in Bezug auf
die CCD-Zeile (14) feststellbar und bei Abweichung von einem ein
gestellten Soll-Wert ein Korrektursignal erzeugbar oder über
eine schnelle, serielle, bidirektionale Schnittstelle (17) in
einer nachgeschalteten Regelelektronik ein Stellsignal zur Rege
lung der seitlichen Lage der Materialbahn (11) einleitbar ist.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schwellenwert am zweiten Eingang des Komparators (K1) durch
den Controller (15) über einen D/A-Wandler (16) erzeugbar und
verstellbar ist.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Ausbleiben eines Signalsprungs am Ausgang des Kompara
tors (K1) über eine ganze Abtastzeile durch ein Korrektursignal
des Controllers (15) der Schwellenwert am zweiten Eingang des
Komparators (K1) verschiebbar oder die Leistung der Lichtquelle
(10) veränderbar ist.
4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ausgang der CCD-Zeile (14) mit dem jeweils ersten Eingang
von drei parallel liegenden Komparatoren (K1, K2, K3) verbunden
ist, an deren jeweiligem zweiten Eingang unterschiedliche und
voneinander unabhängig einstellbare analoge Spannungs-Schwel
lenwerte (1, 2, 3) anliegen, von denen der eine mittlere (1) den
Hell/Dunkel- oder Dunkel/Hell-Übergang an der Bahnkante (12)
repräsentiert und die beiden äußeren (2, 3) dazu in einem Vor
anzeige-Abstand darüber bzw. darunter liegen, und daß am Aus
gang jedes Komparators (K1, K2, K3) je nach Über- oder Unter
schreiten des betreffenden Schwellenwertes (1, 2, 3) durch die
von den einzelnen lichtempfindlichen Elementen stammenden Span
nungssignale ein digitales 0- oder 1-Signal ansteht und diese
zusammen mit einem die Position auf der CCD-Zeile (14) definie
renden Zählimpuls des Taktzählers (24) dem Controller (15) zu
führbar sind, durch welchen bei in Bezug auf die CCD-Zeile (14)
auftretenden Positionsabweichungen der Signalsprünge an den Kom
paratorausgängen von eingestellten Soll-Werten Korrektursignale
erzeugbar sind bzw. über die bidirektionale Schnittstelle (17)
in einer nachgeschalteten Regelelektronik ein Stellsignal zur
Regelung der seitlichen Lage der Materialbahn (11) einleitbar
ist.
5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schwellenwerte (1, 2, 3) der Komparatoren (K1, K2, K3) bei
einem ausbleibenden Signalsprung am Ausgang eines der beiden
Komparatoren (K2, K3) mit den äußeren Schwellenwerten (2, 3)
unabhängig voneinander vom Controller (15) über den D/A-Wandler
(16) verschiebbar sind.
6. Sensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
bei ausbleibendem Signalsprung am Ausgang eines der beiden
Komparatoren (K2, K3) mit den äußeren Schwellenwerten (2, 3)
die Leistung der Lichtquelle (10) nach Bedarf vom Controller
(15) über eine Steuerleitung (21) steigerbar oder reduzierbar
ist.
7. Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ausgänge der drei Komparatoren (K1, K2,
K3) einerseits mit einem Daten-Speicher (23) und andererseits
mit einer Vor-Auswerteelektronik (28) verbunden sind, in der in
Vergleichsgattern (25) jedes Ausgangssignal n eines jeden Kompa
rators (K1, K2, K3) mit dem jeweils unmittelbar vorausgehenden,
in Kurzzeitspeichern (26) gespeicherten Ausgangssignal n - 1 ver
gleichbar ist, und daß die Ausgänge der Vergleichsgatter (25)
mit einem Logikbaustein (27) verbunden sind, der nur bei einem
auftretenden Signalsprung einen Speicherbefehl an den Daten
speicher (23) abgibt, wonach der Signalsprung und seine Position
in Bezug auf die CCD-Zeile (14) mit Hilfe des vom Taktzähler
(24) stammenden Taktimpulses speicherbar und an den Controller
(15) weiterleitbar ist.
8. Sensor nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der von dem Taktgenerator (19) erzeugte
und über eine Schiebetaktleitung (20) an die CCD-Zeile (14) an
gelegte Schiebetakt eine Frequenz von 2 MHz hat.
9. Sensor nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß sich auf der CCD-Zeile (14) in einer Reihe
quer zur Materialbahn (11) 2048 lichtempfindliche Elemente
(Pixels) als Meßpunkte befinden.
10. Sensor nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet,
daß am Ausgang der CCD-Zeile (14) pro Millisekunde ein
neuer Zeilensatz an Spannungssignalen abgreifbar ist.
11. Sensor nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Brennweite des optischen Systems
(13) so gewählt ist, daß die Bahnkante (12) durch die an ihr
reflektierten Lichtstrahlen exakt auf eines der lichtempfind
lichen Elemente der CCD-Zeile (14) abgebildet wird.
12. Sensor nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) und das optische
System (13) im Gehäuse des Sensors integriert sind.
13. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) eine Halogenlampe
ist.
14. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Erfassung einer auf der Materialbahn
(11) aufgedruckten Markierungslinie oder einer Bildkante drei
Hell/Dunkel- bzw. Dunkel/Hell-Übergänge feststellbar sind.
15. Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei ausbleibendem Signalsprung an einem der
Komparatoren (K2, K3) mit den äußeren Schwellenwerten (2, 3)
ein Anzeigesignal erzeugbar ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1995119607 DE19519607A1 (de) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | Sensor samt signalverarbeitendem Prozessor zur Erfassung der seitlichen Lage von Bahnkanten und/oder Markierungslinien bei der Ver- oder Bearbeitung von laufenden Materialbahnen |
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PCT/EP1996/002302 WO1996038370A1 (de) | 1995-05-29 | 1996-05-29 | Verfahren zur online-kontrolle von bahnkanten mittels zeilenkamera |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1995119607 DE19519607A1 (de) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | Sensor samt signalverarbeitendem Prozessor zur Erfassung der seitlichen Lage von Bahnkanten und/oder Markierungslinien bei der Ver- oder Bearbeitung von laufenden Materialbahnen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19519607A1 true DE19519607A1 (de) | 1996-12-05 |
Family
ID=7763101
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995119607 Withdrawn DE19519607A1 (de) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | Sensor samt signalverarbeitendem Prozessor zur Erfassung der seitlichen Lage von Bahnkanten und/oder Markierungslinien bei der Ver- oder Bearbeitung von laufenden Materialbahnen |
Country Status (3)
Country | Link |
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AU (1) | AU6002996A (de) |
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