DE19532009C2

DE19532009C2 - Methods and devices for measuring the position of an edge of webs or sheets

Info

Publication number: DE19532009C2
Application number: DE19532009A
Authority: DE
Inventors: Joahnnes Schaede; Volkmar Schwitzky
Original assignee: Koenig and Bauer Albert AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 1994-12-10
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2015-09-01
Also published as: DE19532009A1; DE59509217D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Messen einer Lage einer Kante einer Bahn oder einem Bogen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 3 und 7.The invention relates to a method and Devices for measuring the position of an edge of a web or a bow according to the preambles of the claims 1, 3 and 7.

Aus der DE-OS 22 02 087 ist eine Meßeinrichtung zur lichtelektrischen Messung einer Lage von Bogenkanten bezüglich einer Bezugslinie bekannt. Von einer Beleuchtungseinrichtung ausgehendes Licht wird von einem lichtelektrischen Empfänger aufgefangen. Entsprechend der Lage der zwischen Beleuchtungseinrichtung und Empfänger eingebrachten Bogenkante wird ein Videosignal erzeugt.From DE-OS 22 02 087 a measuring device for Photoelectric measurement of a position of sheet edges known with respect to a reference line. From one Light emitted by a lighting device Photoelectric receiver caught. Corresponding the location of the between lighting device and Receiver inserted sheet edge becomes a video signal generated.

Das lichtelektrische Empfangsteil besteht aus einer Vielzahl von in geringem Abstand hintereinander angeordneten einzelnen Photoelementen.The photoelectric receiving part consists of a Variety of a short distance apart arranged individual photo elements.

Nachteilig ist hierbei, daß schon kleinste Beschädigungen oder Fasern an der zu messenden Bogenkante zu Fehlmessungen führen, da sich diese Fehler unmittelbar auf das Meßergebnis auswirken.The disadvantage here is that even the smallest Damage or fibers to the measurement Sheet edge lead to incorrect measurements as these errors directly affect the measurement result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer Lage einer Kante von Bahnen oder Bogen mittels eines mit einer Vielzahl von Photoelementen versehenen photoelektrischen Empfängers zu schaffen, bei dem bzw. bei der trotz kleiner Beschädigungen oder über eine senkrechte Projektion der Kante herausragender Fasern, sogenannter Anomalien, im Meßbereich der zu messenden Kante von Bahn oder Bogen der photoelektrische Empfänger die Lage der Kante bezüglich dieses Empfängers exakt erkennt.The invention has for its object a method and a device for Measure a location of an edge of sheets or sheets using one with a variety of photo elements to provide provided photoelectric receiver the or in spite of small damage or over a vertical projection of the edge more outstanding Fibers, so-called anomalies, in the measuring range of the measuring edge of web or arc of photoelectric Receiver the position of the edge with respect to this receiver exactly recognizes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und durch Vorrichtungen zum Messen einer Lage einer Kante einer Bahn oder eines Bogens mit den jeweiligen Merkmalen der Ansprüche 1, 3 und 7 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method and by means for measuring a position of an edge a path or an arch with the respective characteristics of the Claims 1, 3 and 7 solved.

In vorteilhafter Weise werden durch das erfindungsgemäße Verfahren und den dazugehörigen Vorrichtungen Anomalien einer Kante von Bahnen oder Bogen so dargestellt, daß ein photoelektrischer Empfänger diese nicht als Kante erkennt und somit Fehlmessungen vermieden werden. Anomalien der Kante können insbesondere bei Papierbögen oder Papierbahnen in Form von beispielsweise Papierfasern, unsauberen Schnittkanten oder Rissen auftreten.Advantageously, the inventive Procedures and associated devices anomalies an edge of webs or sheets so represented that a photoelectric receiver doesn't use this as an edge recognizes and thus incorrect measurements can be avoided. Anomalies in the edge can occur particularly with paper sheets or paper webs in the form of, for example Paper fibers, unclean cut edges or tears occur.

Auch wenn die Breite der Anomalien größer ist als die Breite des photoelektrischen Empfängers, werden diene Anomalien so auf dem photoelektrischen Empfänger dargestellt, daß ein Intensitätsunterschied zur zu messenden Kante vorhanden ist. Trotz dieses Intensitätsunterschiedes kann eine Auswerteelektronik die exakte Lage der zu messenden Kante von Bahnen oder Bogen bestimmen.Even if the width of the anomalies is larger than that Width of the photoelectric receiver, will serve Anomalies so on the photoelectric receiver shown that an intensity difference to measuring edge is present. Despite this Difference in intensity can be an evaluation electronics the exact position of the edge of webs or Determine bow.

Außerdem ist besonders vorteilhaft, daß aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur ein Bereich der Kante der der Breite des photoelektrischen Empfängers entspricht ausgewertet werden kann, sondern ein wesentlich größerer Bereich der Kante (Faktor 50-1000). Hiermit wird die Meßsicherheit wesentlich erhöht. Die verwendeten Hilfsmittel sind preiswerte Standardteile.It is also particularly advantageous that due to the inventive method not only a range of Edge of the width of the photoelectric receiver corresponds to can be evaluated, but a much larger area of the edge (factor 50-1000). This makes measurement reliability essential elevated. The tools used are inexpensive Standard parts.

Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtungen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the method and the corresponding Devices are shown in the drawing and are described in more detail below.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Lagemeß-Vorrichtung mit Bahn und photoelektrischem Empfänger; Figure 1 is a schematic plan view of an embodiment of a position measuring device with web and photoelectric receiver.

Fig. 2 einen schematischen Verlauf eines der Lage der Bahn entsprechenden Videosignals; Fig. 2 is a schematic course of the position of the web corresponding video signal;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht parallel zu einer zu messenden Kante der Bahn eines ersten Ausführungsbeispiels; Fig. 3 is a schematic side view to be measured edge of the web of a first embodiment in parallel;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht senkrecht zu der zu messenden Kante der Bahn eines ersten Ausführungsbeispiels; Fig. 4 is a schematic side view perpendicular to the edge to be measured of the web of a first embodiment;

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht parallel zu der zu messenden Kante der Bahn eines zweiten Ausführungsbeispiels; Fig. 5 is a schematic side view of the measured edge of the web of a second embodiment in parallel;

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht senkrecht zu der zu messenden Kante der Bahn eines zweiten Ausführungsbeispiels. Fig. 6 is a schematic side view perpendicular to the edge of the web to be measured of a second embodiment.

Eine zu messende Bahn 1 oder ein Bogen wird zumindest im Meßbereich zur Bestimmung seiner Lage bezüglich eines photoelektrischen Empfängers 2 von einer in Form einer Geraden verlaufenden Kante 3 begrenzt. Diese Bahn 1 oder dieser Bogen ist im wesentlichen lichtabsorbierend. Bei dieser Bahn 1 oder diesem Bogen handelt es sich vorzugsweise um Papierbahnen bzw. Papierbogen, insbesondere in Rotationsdruckmaschinen, aber auch um anderes bahn- oder tafelförmiges Gut, wie Blech oder Folien. Im folgenden wird diese beschriebene Bahn 1 oder dieser Bogen vereinfachend Bahn 1 genannt.A web 1 or an arc to be measured is delimited by an edge 3 running in the form of a straight line, at least in the measuring range for determining its position with respect to a photoelectric receiver 2 . This web 1 or this sheet is essentially light-absorbing. This web 1 or this sheet is preferably paper webs or paper sheets, in particular in rotary printing presses, but also other web-like or sheet-like material, such as sheet metal or foils. In the following, this described lane 1 or this sheet is simply called lane 1 .

Die zu messende Kante 3 der Bahn 1 kann Anomalien 4 im Meßbereich in Form von z. B. kleinen Beschädigungen, über eine senkrechte Projektion der Kante 3 hervorstehende Fasern oder Einrisse aufweisen. The edge 3 of the web 1 to be measured can detect anomalies 4 in the measuring range in the form of e.g. B. small damage, have a vertical projection of the edge 3 protruding fibers or tears.

Die Bahn 1, die von der Anomalien 4 aufweisenden Kante 3 begrenzt wird, wird in ein Lichtstrahlenbündel 6 eines optischen Systemes 7 eingebracht. Dieses Lichtstrahlenbündel 6 geht von einer Lichtquelle 8 aus und trifft auf den photoelektrischen Empfänger 2. Mittels eines optischen Bauelementes 9 oder eines Systemes von optischen Bauelementen wird die Kante 3 der Bahn 1 in einer Abbildungsebene 11 auf dem photoelektrischen Empfänger 2 derart abgebildet, daß die Abbildung in einer senkrecht zur Kante 3 der Bahn 1 verlaufenden Querachse 12 in einem Querabbildungsmaßstab scharf und in einer parallel zur Kante 3 der Bahn 1 verlaufenden Längsachse 13 unscharf erfolgt.The web 1 , which is delimited by the edge 3 having anomalies 4 , is introduced into a light beam 6 of an optical system 7 . This light beam 6 starts from a light source 8 and strikes the photoelectric receiver 2 . By means of an optical component 9 or a system of optical components, the edge 3 of the web 1 is imaged in an imaging plane 11 on the photoelectric receiver 2 in such a way that the image is sharp and in a transverse imaging scale in a transverse axis 12 running perpendicular to the edge 3 of the web 1 is blurred in a longitudinal axis 13 running parallel to the edge 3 of the web 1 .

In besonders vorteilhafter Weise kann der Querabbildungsmaßstab eins zu eins betragen, weil dadurch eine Umrechnung von Meßwerten entsprechend dem Querabbildungsmaßstab entfällt. Die Lage der Kante 3 der Bahn 1 wird über eine wählbare Meßbreite b3, z. B. b3 = 0,5 mm bis 10 mm, die mittels einer Blende begrenzt werden kann, ausgewertet. Mittels der Optik wird die Kante 3 der Bahn 1 im Bereich dieser Meßbreite b3 unscharf, d. h. verzerrt in der Abbildungsebene 11 in Richtung Längsachse 13 abgebildet.In a particularly advantageous manner, the transverse imaging scale can be one to one, because this eliminates the need to convert measured values according to the transverse imaging scale. The position of the edge 3 of the web 1 is over a selectable measuring width b3, z. B. b3 = 0.5 mm to 10 mm, which can be limited by means of an aperture, evaluated. By means of the optics, the edge 3 of the web 1 is imaged in the area of this measuring width b3, ie distorted in the imaging plane 11 in the direction of the longitudinal axis 13 .

Als mit einer Vielzahl von Photoelementen versehener photoelektrischer Empfänger 2 kann beispielsweise ein an sich bekannter CCD-Zeilensensor 2 (charged coupled device) eingesetzt werden. Dieser CCD-Zeilensensor 2 kann aus z. B. 1728 in einer Zeile angeordneten Meßelementen bestehen. Diese Meßelemente sind z. B. 10 µm × 13 µm groß und ein Mittenabstand zwischen zwei Meßelementen beträgt 10 µm, d. h. auf einen Millimeter kommen 100 Meßelemente. Hiermit ergibt sich eine Meßlänge l2 von 17,28 mm des beschriebenen CCD-Zeilensensors 2.For example, a CCD line sensor 2 (charged coupled device) known per se can be used as the photoelectric receiver 2 provided with a large number of photo elements. This CCD line sensor 2 can z. B. 1728 arranged in a row measuring elements. These measuring elements are e.g. B. 10 microns × 13 microns in size and a center distance between two measuring elements is 10 microns, ie there are 100 measuring elements per millimeter. This results in a measuring length l2 of 17.28 mm of the described CCD line sensor 2 .

Der CCD-Zeilensensor 2 liefert mittels einer Auswerteelektronik ein analoges Videosignal 14, welches einen Amplitudenverlauf entsprechend der Lage der Kante 3 der Bahn 1 aufweist. So kann z. B. eine Amplitude A3 des durch die Bahn 1 abgedeckten Bereiches mit einer Länge la2 des CCD-Zeilensensors 2 minimal sein, während der unbedeckte Bereich mit einer Länge lu2 des CCD-Zeilensensors 2 eine der Intensität einer Beleuchtungseinrichtung 16 entsprechende Amplitude A1 liefern kann.By means of evaluation electronics, the CCD line sensor 2 supplies an analog video signal 14 which has an amplitude profile corresponding to the position of the edge 3 of the web 1 . So z. B. an amplitude A3 of the area covered by the web 1 with a length la2 of the CCD line sensor 2 may be minimal, while the uncovered area with a length lu2 of the CCD line sensor 2 can provide an amplitude A1 corresponding to the intensity of an illumination device 16 .

Der nutzbare Arbeitsbereich kann natürlich auch kleiner als die Meßlänge l2 sein, im vorliegenden Beispiel entspricht der Arbeitsbereich der Meßlänge l2.The usable work area can of course also be smaller than the measuring length l2, in the present example the working range corresponds to the measuring length l2.

Weist nun die Kante 3 der Bahn 1 im Bereich der Meßbreite b3 eine oder mehrere Anomalien 4 auf, werden auch diese Anomalien 4 entsprechend unscharf in der Abbildungsebene 11 in Richtung der Längsachse 13, d. h. auf dem CCD-Zeilensensor 2 abgebildet. Dies hat zur Folge, daß je nach Breite der Anomalie 4 in Längsrichtung sich eine entsprechende, auf dem CCD-Zeilensensor 2 wirkende Intensität der Beleuchtungseinrichtung 16 einstellt. Somit ergibt sich eine der Größe der Anomalie 4 bzw. der Anzahl der Anomalien 4 entsprechende Amplitude A2 des Videosignals 14. Die Größe dieser Amplitude A2 liegt zwischen der Amplitude A3 im abgedeckten Zustand des CCD-Zeilensensors 2 und der Amplitude A1 im völlig unbedeckten Zustand des CCD-Zeilensensors 2, solange die Anomalie 4 oder mehrere Anomalien 4 nicht die gesamte Meßbreite b3 einnimmt bzw. einnehmen. Aus diesem abgestuften Videosignal 14 kann nun mittels geeigneter, bekannter Elektronik die Lage der Kante 3 der Bahn 1 bestimmt werden.If the edge 3 of the web 1 now has one or more anomalies 4 in the region of the measuring width b3, these anomalies 4 are also imaged in a correspondingly blurred manner in the imaging plane 11 in the direction of the longitudinal axis 13 , ie on the CCD line sensor 2 . As a result, depending on the width of the anomaly 4 in the longitudinal direction, a corresponding intensity of the illumination device 16 , acting on the CCD line sensor 2, is set. This results in an amplitude A2 of the video signal 14 corresponding to the size of the anomaly 4 or the number of anomalies 4 . The size of this amplitude A2 lies between the amplitude A3 in the covered state of the CCD line sensor 2 and the amplitude A1 in the completely uncovered state of the CCD line sensor 2 , as long as the anomaly 4 or more anomalies 4 does not take up the entire measuring width b3. The position of the edge 3 of the web 1 can now be determined from this graduated video signal 14 by means of suitable, known electronics.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lagemeßvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Beleuchtungseinrichtung 16, einem Objektträger 17, einem Filter 18, einer Blende 19, einer abbildenden Linse 21 und dem photoelektrischem Empfänger, z. B. einem CCD-Zeilensensor 2. Diese Elemente 16, 17, 18, 19, 21, 2 sind entlang einer optischen Achse 20 angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung 16 besteht im wesentlichen aus einer Infrarot (IR)-Lichtquelle 23 und einem Kondensor 24. Die IR-Lichtquelle 23 strahlt diffuse Lichtstrahlen 26 aus. In einem Abstand a23 2×f24, zur IR-Lichtquelle 23, der einer doppelten Brennweite f24, z. B. f24 = 20 mm, des Kondensors 24 entspricht, befindet sich eine Hauptebene 25 des Kondensors 24. Als Kondensor 24 dient im dargestellten Beispiel eine asphärische Linse, wobei der Kondensor 24 aber auch aus mehreren Linsen, z. B. einer Kombination aus einer Konkavkonvexlinse und einer oder mehreren asphärischen Linsen bestehen kann.A first embodiment of a position measuring device consists essentially of an illumination device 16 , a slide 17 , a filter 18 , an aperture 19 , an imaging lens 21 and the photoelectric receiver, for. B. a CCD line sensor 2 . These elements 16 , 17 , 18 , 19 , 21 , 2 are arranged along an optical axis 20 . The lighting device 16 essentially consists of an infrared (IR) light source 23 and a condenser 24 . The IR light source 23 emits diffuse light beams 26 . At a distance a23 2 × f24, to the IR light source 23 , which has a double focal length f24, z. B. f24 = 20 mm, corresponds to the condenser 24 , there is a main plane 25 of the condenser 24 . An aspherical lens is used as the condenser 24 in the example shown, the condenser 24 also consisting of a plurality of lenses, e.g. B. may consist of a combination of a concave-convex lens and one or more aspherical lenses.

Der Kondensor 24 fokussiert die Lichtstrahlen 26 in einem Abstand a19 = 2×f24, in dem die Blende 19 angeordnet ist. Die abbildende Linse 21 weist in einer senkrecht zur Kante 3 der Bahn 1 verlaufenden Querachse 12 eine erste Brennweite fq21, z. B. fq21 = 10 mm, und in einer parallel zur Kante 3 der Bahn 1 verlaufenden Längsachse 13 eine zweite Brennweite fl21 auf. Zwischen dem Kondensor 24 und der abbildenden Linse 21 ist der Objektträger 17 derart angeordnet, daß sich die zu messende Kante 3 der Bahn 1 in einer Gegenstandsweite g30 zur Hauptebene 30 der abbildenden Linse 21 befindet. In einer Bildweite b30 zu der Hauptebene 30 der abbildenden Linse 21 ist die Abbildungsebene 11 des CCD-Zeilensensors 2 angeordnet. Um eine scharfe Abbildung zu erhalten muß der Kehrwert der Brennweite fq21 die Summe aus den Kehrwerten von Gegenstandsweite g30 und Bildweite b30 ergeben, d. h. 1/fq21 = 1/g30 + 1/b30.The condenser 24 focuses the light beams 26 at a distance a19 = 2 × f24, in which the diaphragm 19 is arranged. The imaging lens 21 has a first focal length fq21 in a transverse axis 12 running perpendicular to the edge 3 of the web 1 , z. B. fq21 = 10 mm, and a second focal length fl21 in a longitudinal axis 13 running parallel to the edge 3 of the web 1 . The specimen slide 17 is arranged between the condenser 24 and the imaging lens 21 in such a way that the edge 3 of the web 1 to be measured is located at an object distance g30 from the main plane 30 of the imaging lens 21 . The imaging plane 11 of the CCD line sensor 2 is arranged in an image width b30 to the main plane 30 of the imaging lens 21 . In order to obtain a sharp image, the reciprocal of the focal length fq21 must be the sum of the reciprocal of object distance g30 and image distance b30, ie 1 / fq21 = 1 / g30 + 1 / b30.

Als Objektträger 17 ist eine planparallele Glasplatte 17 vorgesehen. Vor der abbildenden Linse 21 ist die Blende 19 mit einer Blendenöffnung 27 einer Breite b27 und Länge l27 und der Filter 18, z. B. ein IR-Filter, angeordnet. Die Meßbreite b3 an der Kante 3 wird durch die projizierte Länge l27 der Blendenöffnung 27 der Blende 19 bezüglich des CCD-Zeilensensors 2 bestimmt. Im vorliegenden Beispiel ist die abbildende Linse 21 als Zylinderlinse 21 ausgeführt, die derart in der Gegenstandsweite g30 = 2×fq21 zur Glasplatte 17 in Lichtstrahlen 28 angeordnet ist, daß deren Planseite 29 parallel zur Glasplatte 17 und deren Längsachse 31 parallel zur zu messenden Kante 3 der Bahn 1 liegt. Anstelle einer abbildenden Linse 21 kann noch ein aus mehreren Linsen bestehendes Linsensystem verwendet werden.A plane-parallel glass plate 17 is provided as a slide 17 . In front of the imaging lens 21 , the aperture 19 with an aperture 27 of a width b27 and length l27 and the filter 18 , z. B. an IR filter arranged. The measuring width b3 at the edge 3 is determined by the projected length l27 of the aperture 27 of the aperture 19 with respect to the CCD line sensor 2 . In the present example, the imaging lens 21 is configured as a cylindrical lens 21, which is so arranged in the object distance g30 = 2 × fq21 to the glass plate 17 into light beams 28 that its plane side 29 parallel parallel to the glass plate 17 and the longitudinal axis 31 and the monitored edge 3 the lane 1 is. Instead of an imaging lens 21 , a lens system consisting of several lenses can also be used.

Nach der Zylinderlinse 21 befindet sich in der Bildweite b30 = 2×fq21, d. h. wiederum in der doppelten Brennweite fq21 der Zylinderlinse 21, in der Abbildungsebene 11 der CCD-Zeilensensor 2 senkrecht zur zu messenden Kante 3 der Bahn 1. Somit ergibt sich in diesem Beispiel ein Querabbildungsmaßstab von eins zu eins.After the cylindrical lens 21 , the image width b30 = 2 × fq21, that is again twice the focal length fq21 of the cylindrical lens 21 , is in the imaging plane 11 of the CCD line sensor 2 perpendicular to the edge 3 of the web 1 to be measured. This results in a cross-image scale of one to one in this example.

Auf die planparallele Glasplatte 17, d. h. in der Gegenstandsweite g30 wird die zu messende Kante 3 der Bahn 1 parallel zur Längsachse 31 der Zylinderlinse 21 in die Lichtstrahlen 6 gebracht. Ein auf die Kante 3 auftreffender Teil der Lichtstrahlen 6 wird von dieser zu Lichtstrahlen 28 abgelenkt und diffus weitergeleitet. Die von der zu messenden Kante 3 ausgehenden Lichtstrahlen 28 treffen auf die Blendenöffnung 27. Nur der Teil der Lichtstrahlen 28, der auf die Blendenöffnung 27 trifft, durchdringt die Blende 19 und trifft auf die Zylinderlinse 21. Die Breite b27, z. B. b27 = 0,1 mm bis 2 mm, und Länge l27, z. B. l27 = 0,1 mm bis 2 mm, der Blendenöffnung 27 ist kleiner als eine Breite b21, z. B. b21 = 9 mm, und Länge l21, z. B. l21 = 18 mm, der Zylinderlinse 21. Durch die Zylinderlinse 21 werden die Lichtstrahlen 28 und damit die zu messende Kante 3 der Bahn 1 in Richtung der Querachse 12 scharf, aber spiegelbildlich auf dem CCD-Zeilensensor 2 abgebildet. In Richtung der Längsachse 13 bzw. 31 werden die auf die Zylinderlinse 21 einfallenden, diffusen Lichtstrahlen 28 so gebrochen, daß eine zerstreute, unscharfe Abbildung der Kante 3 auf dem CCD-Zeilensensor 2 entsteht.Ie g30 on the plane-parallel glass plate 17 in the object distance is brought to be measured edge 3 of the sheet 1 in parallel to the longitudinal axis 31 of the cylindrical lens 21 in the light beams. 6 A portion of the light rays 6 striking the edge 3 is deflected by the latter to light rays 28 and passed on diffusely. The light rays 28 emanating from the edge 3 to be measured strike the aperture 27 . Only the part of the light rays 28 that strikes the aperture 27 penetrates the aperture 19 and strikes the cylindrical lens 21 . The width b27, e.g. B. b27 = 0.1 mm to 2 mm, and length l27, z. B. l27 = 0.1 mm to 2 mm, the aperture 27 is smaller than a width b21, z. B. b21 = 9 mm, and length l21, z. B. l21 = 18 mm, the cylindrical lens 21st Through the cylindrical lens 21, the light beams 28 and therefore the sharp edge 3 to be measured of the web 1 in the direction of the transverse axis 12, but in mirror image imaged on the CCD line sensor 2 are. In the direction of the longitudinal axis 13 or 31 , the diffuse light rays 28 incident on the cylindrical lens 21 are refracted such that a diffused, blurred image of the edge 3 on the CCD line sensor 2 is produced.

Weist die zu messende Kante 3 der Bahn 1 im Bereich des CCD-Zeilensensors 2 liegende Anomalien 4 auf, werden diese Anomalien 4 in Richtung der Querachse 12 der Zylinderlinse 21 exakt, spiegelbildlich, aber entlang der Längsachse 13 bzw. 31 der Zylinderlinse 21 zerstreut dargestellt. Somit trifft entlang der Längsachse 13 nur ein Teil der die Anomalien 4 abbildenden Lichtstrahlen auf den CCD-Zeilensensor 2, aber gleichzeitig trifft auch ein Teil der von den Anomalien 4 nicht beeinflußten, "freien" Lichtstrahlen auf den CCD-Zeilensensor 2. Damit entsteht auf dem CCD-Zeilensensor 2 durch die Anomalien 4 ein Bereich verminderter Intensität, welcher ein beschriebenes, abgestuftes Videosignal hervorruft und das durch eine Elektronik ausgewertet wird. If the edge 3 of the web 1 to be measured has anomalies 4 lying in the region of the CCD line sensor 2 , these anomalies 4 are shown in the direction of the transverse axis 12 of the cylindrical lens 21 exactly, in mirror image, but scattered along the longitudinal axis 13 or 31 of the cylindrical lens 21 . Thus, only a part of the light rays imaging the anomalies 4 strikes the CCD line sensor 2 along the longitudinal axis 13 , but at the same time a part of the "free" light rays not affected by the anomalies 4 also hits the CCD line sensor 2 . Anomalies 4 thus result in a region of reduced intensity on the CCD line sensor 2 which produces a described, graded video signal and which is evaluated by electronics.

Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lagemeßvorrichtung besteht im wesentlichen wieder aus der Beleuchtungseinrichtung 16, dem Objektträger 17, dem Filter 18, einer Blende 32, einer abbildenden Linse 33 und dem photoelektrischen Empfänger, z. B. einem CCD-Zeilensensor 2. Diese Elemente 16, 17, 18, 32, 33, 2 sind entsprechendem ersten Vorrichtung entlang einer optischen Achse 20 angeordnet.A second embodiment of a position measuring device again consists essentially of the illumination device 16 , the specimen slide 17 , the filter 18 , an aperture 32 , an imaging lens 33 and the photoelectric receiver, e.g. B. a CCD line sensor 2 . These elements 16 , 17 , 18 , 32 , 33 , 2 are arranged according to the first device along an optical axis 20 .

In einem Abstand a32 2×f24 zu der Hauptebene 25 des Kondensors 24 ist die Blende 32 angeordnet. Die Blende 32 weist eine schlitzförmige Blendenöffnung 34 mit einer Länge 134, z. B. 134 = 0,2 mm bis 10 mm, und einer Breite b34, z. B. b34 =0,1 mm bis 2 mm, auf. Die Länge l34 erstreckt sich parallel zur zu messenden Kante 3 der Bahn 1.The aperture 32 is arranged at a distance a32 2 × f24 from the main plane 25 of the condenser 24 . The aperture 32 has a slit-shaped aperture 34 with a length 134 , z. B. 134 = 0.2 mm to 10 mm, and a width b34, z. B. b34 = 0.1 mm to 2 mm. The length l34 extends parallel to the edge 3 of the web 1 to be measured.

Die abbildende Linse 33 ist als sphärische Linse 33 ausgeführt. Sphärische Linsen 33 weisen sogenannte Aberrationen auf, was zur Folge hat, daß eine Brennweite f33, z. B. f33 = 10 mm, nur entlang der optischen Achse 20 exakt ist. Außerhalb dieses Bereiches weicht eine Brennweite f33′ von diesem exakten Wert ab und die Brennweite f33′ verringert sich von der optischen Achse 20 ausgehend konzentrisch nach außen hin. Anstelle einer abbildenden Linse 33 kann auch ein aus mehreren Linsen bestehendes Linsensystem verwendet werden.The imaging lens 33 is designed as a spherical lens 33 . Spherical lenses 33 have so-called aberrations, which has the consequence that a focal length f33, z. B. f33 = 10 mm, is only exact along the optical axis 20 . Outside this range, a focal length f33 'deviates from this exact value and the focal length f33' decreases concentrically outwards from the optical axis 20 . Instead of an imaging lens 33 , a lens system consisting of several lenses can also be used.

Zwischen dem Kondensor 24 und der sphärischen Linse 33 ist der Objektträger 17 derart angeordnet, daß sich die zu messende Kante 3 der Bahn 1 in einer Gegenstandsweite g37 zu einer Hauptebene 37 der sphärischen Linse 33 befindet. In einem Abstand, der einer Bildweite b37 entspricht, zu der Hauptebene 37 der sphärischen Linse 33 ist die Abbildungsebene 11 des CCD-Zeilensensors 2 angeordnet. Um eine scharfe Abbildung zu erhalten, muß der Kehrwert der Brennweite f33 die Summe aus den Kehrwerten von Gegenstandsweite g37 und Bildweite b37 ergeben, d. h. 1/f33 = 1/g37 + 1/b37. Die sphärische Linse 33 ist in der Gegenstandsweite g37, die beispielsweise der doppelten Brennweite f33 entspricht, zum Objektträger 17 angeordnet. Nach der sphärischen Linse 33 befindet sich in der Bildweite b37, z. B. b37 = 2×f33, in der Abbildungsebene 11 der CCD-Zeilensensor, womit sich in diesem Beispiel wiederum ein Querabbildungsmaßstab von eins zu eins ergibt.The object carrier 17 is arranged between the condenser 24 and the spherical lens 33 in such a way that the edge 3 of the web 1 to be measured is located at an object distance g37 to a main plane 37 of the spherical lens 33 . The imaging plane 11 of the CCD line sensor 2 is arranged at a distance which corresponds to an image width b37 from the main plane 37 of the spherical lens 33 . In order to obtain a sharp image, the reciprocal of the focal length f33 must be the sum of the reciprocal of the object distance g37 and image distance b37, ie 1 / f33 = 1 / g37 + 1 / b37. The spherical lens 33 is arranged in the object distance g37, which corresponds, for example, to twice the focal length f33, to the slide 17 . After the spherical lens 33 is in the image width b37, z. B. b37 = 2 × f33, in the image plane 11 of the CCD line sensor, which in turn results in a cross-image scale of one to one in this example.

Die zu messende Kante 3 der Bahn 1 wird in die Lichtstrahlen 6 der Beleuchtungseinrichtung 16 gebracht. Ein auf die Kante 3 auftreffender Teil der Lichtstrahlen 6 wird zu Lichtstrahlen 36 abgelenkt und diffus weitergeleitet. Die von der zu messenden Kante 3 ausgehenden Lichtstrahlen 36 treffen auf die Blendenöffnung 34. Der Teil der Lichtstrahlen 36 der durch die Blendenöffnung 34 dringt, trifft auf die sphärische Linse 33. Durch die sphärische Linse 33 werden die Lichtstrahlen 36 im unmittelbaren Bereich der optischen Achse 20 scharf, aber spiegelbildlich auf dem CCD-Zeilensensor 2 abgebildet. Durch die schlitzförmige Blende 32 werden die Lichtstrahlen 36 in Richtung der Querachse 12 auf einen engen Bereich um die optische Achse 20 beschränkt, während parallel zur Kante 3, d. h. in Richtung der Längsachse 13, die Lichtstrahlen die sphärische Linse 33 auch in von der optischen Achse 20 entfernten Bereichen durchdringen. In diesen Bereichen ist die Brennweite f33′ verkürzt, so daß in Richtung der Längsachse 13 auf dem CCD-Zeilensensor 2 eine zerstreute, unscharfe Abbildung der Kante 3 entsteht.The edge 3 of the web 1 to be measured is brought into the light beams 6 of the lighting device 16 . A portion of the light rays 6 striking the edge 3 is deflected to light rays 36 and passed on diffusely. The light beams 36 emanating from the edge 3 to be measured strike the aperture 34 . The part of the light rays 36 that penetrates through the aperture 34 strikes the spherical lens 33 . Due to the spherical lens 33 , the light beams 36 are imaged sharply, but in mirror image, on the CCD line sensor 2 in the immediate area of the optical axis 20 . The slit-shaped diaphragm 32 limits the light rays 36 in the direction of the transverse axis 12 to a narrow area around the optical axis 20 , while parallel to the edge 3 , ie in the direction of the longitudinal axis 13 , the light rays also reduce the spherical lens 33 from the optical axis Penetrate 20 distant areas. In these areas, the focal length f33 'is shortened, so that in the direction of the longitudinal axis 13 on the CCD line sensor 2 a diffuse, blurred image of the edge 3 is formed.

Weist die zu messende Kante 3 der Bahn 1 im Bereich des CCD-Zeilensensors 2 liegende Anomalien 4 auf, werden diese Anomalien 4 senkrecht zur Kante 3 exakt und spiegelbildlich, aber parallel zur Kante 3 zerstreut dargestellt. Somit treffen parallel zur Kante 3 ein Teil der die Anomalien 4 abbildenden Lichtstrahlen auf den CCD-Zeilensensor 2, aber gleichzeitig trifft auch ein Teil der von den Anomalien nicht beeinflußten, "freien" Lichtstrahlen auf den CCD-Zeilensensor 2. Damit entsteht auf dem CCD-Zeilensensor 2 durch die Anontalien 4 ein Bereich verminderter Intensität, welcher ein beschriebenes, abgestuftes Videosignal hervorruft und das durch eine Elektronik ausgewertet wird.If the edge 3 of the web 1 to be measured has anomalies 4 lying in the region of the CCD line sensor 2 , these anomalies 4 are shown exactly and mirror-image perpendicular to the edge 3 , but scattered parallel to the edge 3 . Thus, a part of the light rays imaging the anomalies 4 hit the CCD line sensor 2 parallel to the edge 3 , but at the same time a part of the "free" light rays not affected by the anomalies also hit the CCD line sensor 2 . This creates an area of reduced intensity on the CCD line sensor 2 due to the anontalities 4, which produces a described, graded video signal and which is evaluated by electronics.

BezugszeichenlisteReference list

1 Bahn
2 CCD-Zeilensensor (photoelektrischer Empfänger)
3 Kante (1)
4 Anomalie (3)
5 -
6 Lichtstrahlenbündel
7 optisches System
8 Lichtquelle (IR-Lichtquelle)
9 optisches Bauelement
10 -
11 Abbildungsebene
12 Querachse
13 Längsachse
14 Videosignal
15 -
16 Beleuchtungseinrichtung
17 Glasplatte (Objektträger)
18 Filter (IR-Filter)
19 Blende
20 Achse, optische
21 Zylinderlinse (abbildende Linse)
22 -
23 Infrarot-Lichtquelle
24 Kondensor
25 Hauptebene (24)
26 Lichtstrahlen, diffus
27 Blendenöffnung (19)
28 Lichtstrahlen
29 Planseite (21)
30 Hauptebene (21)
31 Längsachse (21)
33 Linse, sphärische (abbildende Linse)
34 Blendenöffnung
35 -
36 Lichtstrahlen
37 Hauptebene (33)
A1 Amplitude, unbedeckt
A2 Amplitude, mit Anomalie
A3 Amplitude, bedeckt
a19 Abstand
a23 Abstand
a32 Abstand
b3 Meßbreite der Kante
b30 Bildweite
b21 Breite der Zylinderlinse (21)
b27 Breite der Blendenöffnung (27)
b34 Breite der Blendenöffnung (34)
b37 Bildweite
fq21 Brennweite der abbildenden Linse (21) in Richtung der Querachse (12)
f24 Brennweite des Kondensors (24)
f33 Brennweite der abbildenden Linse (33)
f33′ Brennweite der abbildenden Linse (33), verringerte
g30 Gegenstandsweite
g37 Bildweite
l2 Meßlänge (2)
l21 Länge der Zylinderlinse (21)
l27 Länge der Blendenöffnung (27)
l34 Länge der Blendenöffnung (34)
la2 Länge des abgedeckten Bereiches
lu2 Länge des unbedeckten Bereiches 1 lane
2 CCD line sensors (photoelectric receiver)
3 edges ( 1 )
4 anomaly ( 3 )
5 -
6 light beams
7 optical system
8 light source (IR light source)
9 optical component
10 -
11 imaging level
12 transverse axis
13 longitudinal axis
14 video signal
15 -
16 lighting device
17 glass plate (slide)
18 filters (IR filter)
19 aperture
20 axis, optical
21 cylindrical lens (imaging lens)
22 -
23 Infrared light source
24 condenser
25 main level ( 24 )
26 light rays, diffuse
27 aperture ( 19 )
28 rays of light
29 layout page ( 21 )
30 main level ( 21 )
31 longitudinal axis ( 21 )
33 lens, spherical (imaging lens)
34 aperture
35 -
36 rays of light
37 main level ( 33 )
A1 amplitude, uncovered
A2 amplitude, with anomaly
A3 amplitude, covered
a19 distance
a23 distance
a32 distance
b3 measuring width of the edge
b30 image distance
b21 width of the cylindrical lens ( 21 )
b27 aperture width ( 27 )
b34 aperture width ( 34 )
b37 image distance
fq21 focal length of the imaging lens ( 21 ) in the direction of the transverse axis ( 12 )
f24 focal length of the condenser ( 24 )
f33 focal length of the imaging lens ( 33 )
f33 ′ focal length of the imaging lens ( 33 ), reduced
g30 item range
g37 image distance
l2 measuring length ( 2 )
l21 length of the cylindrical lens ( 21 )
l27 length of aperture ( 27 )
l34 length of aperture ( 34 )
la2 length of the covered area
lu2 Length of the uncovered area

Claims

1. Method for measuring a position of an edge ( 3 ) of a web ( 1 ) or an arc with a photoelectric measuring device consisting of an illumination device ( 16 ) and a photoelectric receiver ( 2 ) with a plurality of photo elements arranged one behind the other, in which, by means of an optical system ( 7 ), the edge ( 3 ) of the web ( 1 ) in an imaging plane ( 11 ) on the photoelectric receiver ( 2 ) in the direction of a transverse axis ( 12 ) running perpendicular to the edge ( 3 ) of the web ( 1 ) ) is sharply depicted and is scattered and blurred in the direction of a longitudinal axis ( 13 ) running parallel to the edge ( 3 ) of the web ( 1 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the optical system ( 7 ) in the direction of the perpendicular to the edge ( 3 ) of the web ( 1 ) extending transverse axis ( 12 ) on a scale of one to one, and thus its transverse imaging scale one to one is.

3. Device for measuring a position of an edge ( 3 ) of a web ( 1 ) or an arc with a photoelectric measuring device consisting of a lighting device ( 16 ), a photoelectric receiver ( 2 ) with a plurality of photo elements arranged in short distance and an optical system ( 7 ) which detects the edge ( 3 ) of the web ( 1 ) in an imaging plane ( 11 ) on the photoelectric receiver ( 2 ) in the direction of a transverse axis ( 12 ) running perpendicular to the edge ( 3 ) of the web ( 1 ) depicts sharply and is scattered and blurred in the direction of a longitudinal axis ( 13 ) running parallel to the edge ( 3 ) of the web ( 1 ), the optical system ( 7 ) having at least one imaging lens ( 21 ) which is oriented with respect to the transverse axis ( 12 ) has a first focal length fq21 and with respect to the longitudinal axis ( 13 ) a second, different focal length fl21, and for the object distance g30 between the main lens plane ne ( 30 ) and the edge ( 3 ) of the web ( 1 ), the image width b30 between the main lens plane ( 30 ) and the imaging plane ( 11 ) and the first focal length fq21 applies:
1 / fq21 = 1 / g30 + 1 / b30.

Is provided 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that runs as an imaging lens (21) a cylindrical lens (21) whose longitudinal axis (31) parallel to the measuring edge (3) of the web (1).

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that between a glass plate ( 17 ) as a slide for the web ( 1 ) and the imaging lens ( 21 ) has an aperture ( 19 ) with an aperture ( 27 ) of a width b27 and one Length l27 is arranged.

6. Apparatus according to claim 4 and 5, characterized in that both the width b27 and the length l27 of the aperture ( 27 ) of the aperture ( 19 ) is smaller than the corresponding width b21 and length l21 of the cylindrical lens ( 21 ).

7. Device for measuring a position of an edge ( 3 ) of a web ( 1 ) or an arc with a photoelectric measuring device consisting of an illumination device ( 16 ), a photoelectric receiver ( 2 ) with a plurality of photo elements arranged in short distance and an optical system ( 7 ) which detects the edge ( 3 ) of the web ( 1 ) in an imaging plane ( 11 ) on the photoelectric receiver ( 2 ) in the direction of a transverse axis ( 12 ) running perpendicular to the edge ( 3 ) of the web ( 1 ) images sharply and in the direction of a longitudinal axis ( 13 ) which runs parallel to the edge ( 3 ) of the web ( 1 ) and is blurred, the optical system ( 7 ) having an imaging lens ( 33 ) which is in the immediate area around its optical axis a uniform value (20) f33 of its focal length and deviating outside this range focal length values, said just before the lens (33) has an aperture (32 ) is arranged with a slit-shaped diaphragm opening ( 34 ) of a length l34 and a width b34, which extends parallel to the measuring edge ( 3 ) of the web ( 1 ) and for the object width g37 between the main lens plane ( 37 ) and the edge ( 3 ) of the path ( 1 ), the image distance b37 between the main lens plane ( 37 ) and the imaging plane ( 11 ) and the focal length f33 applies: 1 / f33 = 1 / g37 + 1 / b37.

8. The device according to claim 7, characterized in that a spherical lens ( 33 ) is provided as the imaging lens ( 33 ).

9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the width b34 of the aperture ( 34 ) is 0.2 mm to 2 mm and the length l34 of the aperture is greater than 2 mm.

10. Device according to one of claims 3 to 9, characterized in that the main plane ( 30 ; 38 ) of the imaging lens ( 21 ; 33 ) in an image width (b30; b37) which is twice the focal length (fq21; f33) of the imaging Lens ( 21 ; 33 ) corresponds to the photoelectric receiver ( 2 ) is arranged.

11. Device according to one of claims 3 to 10, characterized in that a plane-parallel glass plate ( 17 ) as a slide in an object width (g30; g37) which corresponds to twice the focal length (fq21; f33) of the imaging lens ( 21 ; 33 ) , to the imaging lens ( 21 ; 33 ) is arranged.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that an IR filter ( 18 ) is arranged between the glass plate ( 17 ) and the imaging lens ( 21 ; 33 ).

13. Device according to one of claims 3 to 12, characterized in that the lighting device ( 16 ) arranged in front of the imaging lens ( 21 ; 33 ) consists of a light source ( 8 ) and a condenser ( 24 ), the light source ( 8 ) at a distance a23, which corresponds to twice the focal length f24 of the condenser ( 24 ), from a main plane ( 25 ) of the condenser ( 24 ).

14. Device according to one of claims 3 to 13, characterized in that a CCD line sensor is provided as the photoelectric receiver ( 2 ).