DE19631748C2 - Verfahren und Vorrichtung zum genauen Bestimmen der Vorschublage einer bewegten Bahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum genauen Bestimmen der Vorschublage einer bewegten, gelochten Bahn, vorzugsweise einer Papierbahn, mit einer ortsfesten Lichtschranke, die ein diese durchlaufendes, im wesentlichen rundes Loch durch Änderung eines abgegebenen Signals über ei­ ne Signalschwelle hinweg zeitlich erfaßt, wobei die Bahn und damit das Loch bzw. die Mitte des Lochs quer zur Bewegungs­ richtung Lageänderungen erfährt.

Beim Transportieren von Bahnen mittels Lochungen, in die Transportstifte eintauchen, können diese Lochungen auch für zusätzliche Zwecke, etwa für Überwachungen oder für eine Syn­ chronisation, verwendet werden. Ferner wird eine Lichtschran­ ke mit einem Lichtsender verwendet, der einen Lichtstrahl ab­ gibt, der auf einen Lichtempfänger trifft, welcher seiner­ seits dann ein Signal abgibt. Der Lichtstrahl braucht nicht gebündelt vorzuliegen, sondern kann der Teil eines kugeligen Lichtfeldes sein.

Im Betrieb wird der Lichtstrahl von der transportierten, opa­ ken undurchsichtigen oder nichtreflektierenden Bahn unterbro­ chen oder am Lichtempfänger vorbeigeleitet, bis ein Loch den Lichtstrahl passiert. Die Kante des Loches gibt dann den Lichtstrahl mehr und mehr zum Lichtempfänger hin frei, und gleichzeitig steigt das abgegebene Signal an, bis eine Si­ gnalschwelle erreicht bzw. überschritten wird. Mittels Ein­ richtungen, die dem Lichtempfänger nachgeschaltet sind, wird erkannt, daß in der Lichtschranke ein Loch vorliegt.

Nun ist es mit vertretbarem Aufwand kaum erreichbar, daß eine solche gelochte Bahn stets völlig spurtreu läuft; vielmehr wird sich die Bahn innerhalb eines Toleranzbereiches, der im folgenden als Verschiebebereich bezeichnet ist, ständig quer zu ihrer Bewegungsrichtung mehr oder weniger versetzen. Ist jedoch das ankommende, im wesentlichen runde Loch nach einer Seite versetzt, dann gelangt nicht dessen - in Bewegungsrich­ tung gesehen - vorderste Kante zuerst in den Bereich des Lichtstrahles, sondern ein Bereich der Umfangskante des Lo­ ches, der gegenüber der erwähnten vordersten Kante ein wenig nach hinten versetzt ist. Das Signal des Lichtempfängers wird somit etwas verzögert und liefert nicht mehr einen genauen Anhalt für die exakte Lage des Loches.

Diese Gegebenheiten dürften der Grund sein, weshalb bisher davon abgesehen worden ist, die wirklich exakte Lage der Bahn, in der Vorschubrichtung gesehen, mittels einer zeitli­ chen Erfassung eines Loches zu bestimmen, denn die inhärente Meßgenauigkeit der Anordnung Loch/Lichtschranke wurde als zu gering angesehen.

Aus der DE 40 03 134 A1 ist eine Anordnung zum Abtasten einer mit Transportlochungen versehenen bewegten Materialbahn be­ kannt. Eine optoelektronische Abtasteinrichtung mit zugehöri­ ger Auswerteeinheit erfaßt die Lage eines Transportloches. Die Abtasteinrichtung enthält mehrere Sensorflächen, deren jeweilige Sensorsignale miteinander verglichen werden. Das Abtastlicht wird mit einer vorbestimmten Frequenz moduliert, und die entsprechenden Sensorsignale werden ausgefiltert, um Störlicht zu unterdrücken.

Aus der US 4,528,630 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Vor­ schublage einer Bahn bekannt, die durch einen Mehrfarbendruc­ ker zu bedrucken ist. Bei einem solchen Mehrfarbendrucker ist durch eine Lageerfassung und Lagesteuerung der Bahn sicherzu­ stellen, daß sich die verschiedenfarbigen Drucker decken. Auf die Bahn sind zu diesem Zweck Marken gedruckt, welche durch eine optoelektronische Einrichtung erfaßt werden. Beim Erfas­ sen der Marke ändert sich das Abtastsignal. Die zugehörigen Zeitpunkte werden erfaßt und ein mittlerer Zeitpunkt ermittelt. Dieser mittlere Zeitpunkt definiert die Mitte der Mar­ ke.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum genauen Bestimmen der Vorschublage einer gelochten Bahn anzugeben, das bzw. die einfach aufgebaut ist, betriebs­ sicher arbeitet und auch bei Bewegungen der Bahn quer zur Vorschubrichtung noch genaue Ergebnisse liefert.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 ge­ löst.

Eine bestimmte Signalschwelle wird von einem Signal, das eine herkömmliche Lichtschranke abgibt, und zwar nicht nur beim Einlaufen des Loches in den Lichtstrahl, sondern auch beim Auslaufen des Loches aus dem Lichtstrahl, durchlaufen. Bisher blieb immer eine der beiden Überschreitungen der Signal­ schwelle unbeachtet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden jedoch beide Schwellenwertüberschreitungen zeitlich erfaßt, und in einem Signal-Verarbeitungsschritt wird die mittlere Zeit zwischen den beiden Schwellenwertüberschreitungen bestimmt. Diese mittlere Zeit ist der genaue Zeitpunkt, an welchem der Mit­ telpunkt des Loches am Lichtstrahl eintrifft.

Der wirksame Querschnitt des Lichtstrahles wird nachstehend als "Abtastfleck" bezeichnet und wird je nach den baulichen Gegebenheiten der Lichtschranke entweder durch den tatsächli­ chen Querschnitt des Lichtstrahles bestimmt, den ein Licht­ sender der Lichtschranke abgibt, oder durch die Größe des Aufnahmefeldes eines Lichtempfängers der Lichtschranke.

Wenn dieser Abtastfleck größer ist als das Loch, muß die der Laufrichtung der Bahn entgegengesetzte Lichtfleckkante gerad­ linig sein und quer zur Laufrichtung über den gesamten Ver­ schiebebereich verlaufen.

Gemäß der Erfindung ist jedoch vorteilhafterweise der Ab­ tastfleck rund und weist einen kleineren Durchmesser auf als das Loch. Hierbei wird eine umso größere Meßgenauigkeit er­ zielt, je kleiner der Durchmesser des Abtastfleckes ist.

Soweit die vorstehend beschriebenen Erfordernisse hinsicht­ lich des Abtastfleckes erfüllt sind, kann das erfindungsgemä­ ße Verfahren bei allen bekannten Bahntransporteinrichtungen ohne bauliche Änderung der Lichtschranke angewandt werden, indem lediglich die Signalverarbeitung erfindungsgemäß modi­ fiziert wird.

Soweit eine vorhandene Lichtschranke den genannten Bedingun­ gen nicht entspricht, sind zusätzlich zur modifizierten Sig­ nalverarbeitung nur geringfügige Änderungen an der Licht­ schranke selbst erforderlich, um auch bei bekannten Bahn­ transporteinrichtungen die Erfindung zur Anwendung zu brin­ gen.

Die Lichtstärke bzw. Intensität des Lichtstrahles sollte mög­ lichst nur so hoch sein, daß die Signalschwelle noch zuver­ lässig überschritten wird, also bei Auftreten und Verschwin­ den eines Loches jeweils die Signalschwelle eindeutig über­ schritten wird. Auf diese Weise wird vermieden, daß der durch die geförderte Bahn durchscheinende oder von ihr oder von Lochkanten reflektierte Lichtstrahl zu einem falschen Zeit­ punkt im Lichtempfänger der Lichtschranke zu einer Über­ schreitung der Signalschwelle führt.

Vorzugsweise wird die Intensität des Lichtstrahles automa­ tisch fortlaufend nachgestellt, um zusätzliche Einflüsse zu berücksichtigen, wie etwa eine Alterung oder Verschmutzung der Lichtschranke, unterschiedliches Bahnmaterial, Tempera­ tur- und Lichtverhältnisse usw. Das erfindungsgemäße Verfah­ ren ist sowohl bei einer Durchlichtschranke als auch bei ei­ ner Auflichtschranke anwendbar.

Die vorstehend angeführte Aufgabe wird auch durch eine Vor­ richtung nach Anspruch 6 gelöst.

Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen, erfindungsgemä­ ßen Verfahren kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Signalverarbeitung einer vorhandenen Bahntransportvorrichtung beibehalten werden; lediglich die Lichtschrankenanordnung ist durch eine erfindungsgemäße Lichtschrankenanordnung zu erset­ zen.

Bei der erfindungsgemäßen Lichtschrankenanordnung ist der Ab­ tastfleck als schmaler, gerader Streifen ausgebildet, der sich quer zur Förderrichtung der Bahn erstreckt und den Verschiebebereich vollständig überdeckt. Wenn nun ein Loch in den Abtaststreifen gelangt, erfolgt dies immer mit der vor­ dersten Kante des runden Loches, gleichgültig, wo sich dieses Loch im Verschiebebereich befindet, und stets auf der glei­ chen Höhe, so daß das Überschreiten der Signalschwelle im Empfängerausgang bedeutet, daß sich das Loch unabhängig von seiner Lage in der Querrichtung zum Vorschub in jeweils der­ selben Vorschublage befindet.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Lichtempfänger der Lichtschrankenanordnung auf das eine Ende eines Lichtleiters gesetzt, dessen anderes Ende die Abmessun­ gen des Abtaststreifens aufweist und nahe bei der bewegten Bahn angeordnet ist. Der Vorteil dieser Anordnung liegt dar­ in, daß übliche oder vorhandene Lichtsender weiterverwendet werden können.

Wenn jedoch größere Abstände zur bewegten Bahn gefordert wer­ den, ist es zweckmäßig, einen solchen Lichtleiter mit dem Lichtsender zu verbinden, so daß die Lichtschrankenanordnung einen Lichtstrahl aufweist, der insgesamt nur einen Quer­ schnitt mit den Abmessungen des Abtaststreifens aufweist.

Wegen der einfachen Möglichkeit der genauen Nachregelung der Lichtstärke ist der Lichtsender bevorzugt als Leuchtdiode ausgebildet. Der Lichtempfänger ist vorzugsweise ein Fo­ totransistor. Die Lichtschrankenanordnung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung kann sowohl als Durchlichtschranke als auch als Auflichtschranke ausgebildet sein.

Analog dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lichtstärke bzw. die Intensität des Lichtstrahls automatisch fortlaufend auf einen möglichst niedrigen, noch zuverlässigen Wert nach­ gestellt, beispielsweise bei jeder Inbetriebnahme der Bahn­ transporteinrichtung, und zwar aus Gründen, die bereits vor­ stehend in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Verfahren er­ läutert worden sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfüh­ rungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a die schematische Darstellung einer Bahntransportein­ richtung im Längsschnitt mit einer Durchlichtschran­ ke;

Fig. 1b eine der Fig. 1a entsprechende Darstellung, jedoch mit einer Auflichtschranke;

Fig. 2a bis 2d eine Teildraufsicht auf eine bewegte Bahn mit einem kleinen Abtastfleck innerhalb eines Loches, wo­ bei der Abtastfleck in Fig. 2a mittig zum Loch und in Fig. 2b außermittig zum Loch angeordnet ist, Fig. 2c den Signalspannungsverlauf bei der mittigen Abtastung und Fig. 2d den Signalverlauf bei der außermittigen Abtastung wiedergibt;

Fig. 3a bis 3d eine Fig. 1a bis Fig. 2d entsprechende Darstel­ lung, jedoch mit einem großen Abtastfleck;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Signalverarbeitung;

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Einstellvorganges des Stroms für eine Leuchtdiode bei Betriebsbeginn;

Fig. 6 eine Ansicht eines Empfangsteils bzw. Sendeteils ei­ ner erfindungsgemäßen Lichtschrankenanordnung;

Fig. 7 den Verlauf einer Signalspannung vom Empfangsteil ge­ mäß Fig. 6;

Fig. 8a bis 8c eine Teildraufsicht auf eine bewegte Bahn mit Abtaststreifen, der gerade in ein Loch einläuft, wo­ bei der Abtaststreifen in Fig. 8a mittig zum Loch und in Fig. 8b außermittig zum Loch angeordnet ist, Fig. 8c den Signalspannungsverlauf bei einer Abtastung wie­ dergibt;

Fig. 9 ein Blockdiagramm einer weiteren Signalverarbeitung, und

Fig. 10 ein Flußdiagramm eines Einstellvorgangs des Stroms für die Leuchtdiode des Empfangsteils der Fig. 6 bei Betriebsbeginn.

Der grundsätzliche Aufbau und die Anordnung einer Licht­ schranke zum Bestimmen der Vorschublage einer gelochten Bahn sind aus Fig. 1a und 1b ersichtlich. In beiden Figuren ist ei­ ne bewegte Bahn 1 im Längsschnitt gezeigt, die in der durch einen Pfeil angegebenen Richtung horizontal mit einer Ge­ schwindigkeit v bewegt wird und Löcher 2 aufweist.

Bei der Durchlichtschranke der Fig. 1a sind über der Bahn 1 ein Lichtempfänger 3 und vertikal darunter unter der Bahn ein Lichtsender 4 angeordnet. Wenn zwischen dem Lichtempfänger 3 und dem Lichtsender 4 ein Loch 2 durchläuft, kann der von dem Lichtsender 4 abgegebene Lichtstrahl auf den Lichtempfänger 3 auftreffen, wodurch das Niveau seiner Ausgangsspannung so ge­ ändert wird, daß eine Schwellenwertspannung U_s nach oben oder unten über- bzw. unterschritten wird.

Bei einer Auflichtschranke in Fig. 1b sind sowohl der Licht­ empfänger 3 als auch der Lichtsender 4 über der Bahn 1 ange­ ordnet, unter der sich ein Reflektor 5 befindet. Wenn über dem Reflektor 5 ein Loch 2 in der bewegten Bahn 1 durchläuft, trifft der Lichtstrahl vom Lichtsender 4 durch das Loch 2 auf den Reflektor 5 und wird von diesem in den Lichtempfänger 3 reflektiert.

Die nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen können Licht­ schrankeneinrichtungen aufweisen, die einer der Lichtschran­ ken der Fig. 1a oder 1b entsprechen.

In Fig. 2a und Fig. 3a ist die bewegte Bahn 1 in der Draufsicht dargestellt, die mit der Geschwindigkeit v in der Pfeilrich­ tung parallel zu einer punktierten Richtung transportiert wird. Auf dieser punktierten Linie liegen im dargestellten Idealfall sowohl Löcher 2, die in der Bahn 1 ausgespart sind, als auch die Mitte einer Lichtschranke, von der lediglich der runde Querschnitt des wirksamen Lichtstrahls, d. h. ein Ab­ tastfleck 6 bzw. 6' dargestellt ist.

In der Praxis hat entweder der gesamte Lichtstrahl einen Querschnitt, der dem Abtastfleck 6, 6' entspricht, oder der in Fig. 2 und 3 nicht dargestellte Lichtempfänger 3 ist bei­ spielsweise mit einer ebenfalls nicht dargestellten Ein­ trittsblende versehen, deren Öffnung dem Abtastfleck 6 bzw. 6' entspricht.

In Fig. 2a und 2b ist ein Abtastfleck 6 dargestellt, dessen Durchmesser, verglichen mit demjenigen der Löcher 2, klein ist; dagegen ist der Durchmesser des Abtastflecks 6' in Fig. 3a und 3b größer als die Hälfte des Durchmessers der Lö­ cher 2.

In Fig. 2b und 3b sind infolge von Abweichungen, die im Be­ trieb unvermeidlich sind, die Löcher 2 der Bahn 1 gegenüber der punktieren Linie quer zur Pfeilrichtung versetzt, während die ortsfeste Lichtschranke bzw. der Abtastfleck 6 bzw. 6' nach wie vor auf der punktierten Linie liegt.

Wie aus Fig. 2b und 3b zu ersehen ist, treffen die Löcher 2 nicht mit ihrer vordersten Kante, in Pfeilrichtung gesehen, auf den Abtastfleck 6 bzw. 6', sondern mit einem seitlich versetzten Abschnitt der Kante, der gegenüber der vordersten Kante entgegen der Pfeilrichtung und damit der Transportrichtung ein wenig versetzt ist. Wird über die Lichtschranke, wie bisher üblich, nur das Vorhandensein von Löchern 2 ermittelt, wird das Vorliegen eines Loches 2 im Falle der Fig. 2b und 3b ein wenig später als im Falle der Fig. 2a und 3a angezeigt.

Dieser Sachverhalt wird aus den Fig. 2c und 2d bzw. 3c und 3d noch deutlicher ersichtlich. In Fig. 2c und 3c ist der Verlauf der Spannung U wiedergegeben, die ein Fototransistor abgibt, der den Lichtempfänger 3 bildet. Erreicht ein Loch 2 mit sei­ ner vorlaufenden bzw. vorderen Kante den jeweiligen Ab­ tastfleck 6 bzw. 6', steigt die Spannung U von einem Mindest­ wert im wesentlichen linear an überschreitet zum Zeitpunkt t₁ einen Schwellenwert, der als Schwellenwertspannung U_s be­ zeichnet ist, und nimmt einen Maximalwert ein. Erreicht die nachlaufende bzw. hintere Kante des Loches 2 den Abtastfleck 6 bzw. 6', dann fällt die Spannung wieder ab, kreuzt zum Zeitpunkt t₂ die Schwellenwertspannung U_s und fällt auf den Mindestwert ab.

Wie aus einem Vergleich der Fig. 2c und 2d sowie 3c und 3d er­ sichtlich, wird im Fall des außermittigen Loches 2 der Fig. 2b und 3b die Schwellenwertspannung U_s um jeweils die gleiche, von dem Versetzen des Loches 2 und der Größe von Loch 2 und Abtastfleck 6 bzw. 6' abhängige Zeitspanne später überschrit­ ten und früher unterschritten als im Fall des mittigen Loches 2 der Fig. 2a und 3a. Hieraus folgt, daß in jedem Fall die mittlere Zeit t_M, die der Differenz zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₁ entspricht, d. h. t_M = (t₂/2 - t₁/2), die gleiche ist und dem Zeitpunkt M entspricht, an dem die Mitte des Lo­ ches 2 die Mitte des runden Abtastflecks 6 bzw. 6' passiert.

Bei der gerade beschriebenen Ausführungsform wird daher nicht der Anstieg der Ausgangsspannung des Fototransistors 3 aus­ schließlich zur Anzeige des Vorliegens eines Loches 2 verwen­ det, sondern es wird aus dem Verlauf der Ausgangsspannung die mittlere Zeit t_M ermittelt, die völlig exakt das Vorliegen der Mitte des Loches 2 anzeigt, gleichgültig, ob dieses nun quer zur Bahntransportrichtung (Pfeilrichtung) versetzt ist oder nicht.

Je exakter durch den Lichtstrahl, der den Abtastfleck 6 bzw. 6' bildet, der Rand des Loches 2 im Lichtempfänger 23 abge­ bildet wird, desto genauer kann die Mitte des Loches 2 be­ stimmt werden. Aus diesem Grunde ist die Lichtstärke bzw. In­ tensität des Lichtstrahls ein kritischer Wert, von dem die Meßgenauigkeit abhängt. Der Lichtstrahl darf nicht so stark sein, daß er durch die Bahn 1 hindurchscheint oder beim Durchlaufen eines Loches für Reflexionen sorgt, aber auch nicht so schwach, daß die Schwellenwertspannung U_S nicht mehr zuverlässig erreicht wird.

Aus diesem Grunde weist ein Regler 7 (Fig. 4) mittels welchem die exakte Durchlaufzeit t = t_M ermittelt wird und der einen Mikroprozessor aufweist, eine Einrichtung 70 zum Einstellen des Leuchtdiodenstromes auf, deren Flußdiagramm in Fig. 5 ge­ zeigt ist.

Dem Regler 7 ist ein Komparator 30 vorgeschaltet, der den Ausgang des Fototransistors 3 aufnimmt und die Zeiten t₁, t₂ ermittelt, zu denen die Ausgangsspannung des Fototransistors 3 die Schwellenwertspannung U_s durchläuft. Der Ausgang des Fototransistors 3 ist auch mit der Einrichtung 70 zum Ein­ stellen des Leuchtdiodenstromes verbunden.

Vor Betriebsaufnahme der Bahntransportvorrichtung und bevor eine Bahn 1 eingelegt ist, wird, wie dem Ablaufdiagramm in Fig. 5 zu entnehmen ist, der Strom der Leuchtdiode, die den Lichtsender 4 bildet, eingeschaltet (Schritt S1), wobei der Betriebsstrom I_LED zunächst auf einen vorbestimmten Aus­ gangsstrom I_START festgesetzt wird, der in jedem Falle so ge­ ring ist, daß im Fototransistor 3 die Schwellenwertspannung noch nicht erreicht wird.

Beim Schritt S2 wird überprüft, ob der Ausgangsstrom aus­ reicht oder nicht, um im Fototransistor 3 die Schwellenwert­ spannung zu überschreiten, und er wird gegebenenfalls in kleinen Stufen (Schritt S3) erhöht, bis die Schwellenwert­ spannung überschritten wird. Dann wird beim Schritt S4 der Betriebsstrom um ein vorbestimmtes Maß so weit erhöht, daß die Schwellenwertspannung trotz aller möglichen Betriebsspan­ nungen in jedem Falle zuverlässig noch erreicht werden kann.

Nun ist die Lichtschranke betriebsbereit, das Medium (die Bahn 1) kann in der Bahntransportvorrichtung eingelegt werden und der Betrieb kann aufgenommen werden. Der obige Vorgang wird in Zeitabständen wiederholt, etwa täglich bei Betriebs­ beginn oder jedesmal, wenn eine neue Bahn eingelegt wird.

Die bisher beschriebene Lichtschranke stimmt mit Ausnahme der Abmessung des Abtastfleckes 6 bzw. 6' mit einer herkömmlichen Lichtschranke überein; die genaue Erfassung der Durchlaufzeit des Loches 2 beruht auf der Signalverarbeitung.

Es wird jedoch nachfolgend eine Ausführung beschrieben, bei der die bisher übliche Signalverarbeitung beibehalten wird und dafür die Lichtschranke baulich verändert wird, um so ei­ ne möglichst exakte Erfassung der Durchlaufzeit eines Loches 2 zu erreichen.

In Fig. 6 weist eine Lichtschrankenanordnung ein Lichtleiter­ element 8 auf, das aus einem Bündel verklebter Glas- oder Kunststoffasern gebildet ist. Das eine Ende dieses Lichtlei­ terelements 8, an dem die Fasern enden, nimmt ein Element der Lichtschrankenanordnung auf, und zwar entweder den Lichtemp­ fänger bzw. Fototransistor 3 oder den Lichtsender bzw. die Leuchtdiode 4, und zwar so, daß die vom Element (Lichtsender 4) ausgehenden Lichtstrahlen über den Lichtleiter 8 weiterge­ leitet werden, oder so, daß die von dem Lichtleiter 8 wei­ tergeleiteten Lichtstrahlen in das Element (Lichtempfänger 3) gelangen.

Das andere Ende des Lichtleiters, in das die anderen Enden der optischen Fasern einmünden, weist die Form eines schma­ len, rechteckigen Streifens mit einer Länge 1 und einer Brei­ te b auf. Die Anordnung des streifenförmigen Endes bezüglich der Bahn 1 mit den Löchern 2 ist in Fig. 8a und 8b darge­ stellt.

Es kann auch eine Lichtschrankenanordnung verwendet werden, bei der nur der Lichtempfänger 3 mit einem Lichtleiter 8 aus­ gestattet ist; allerdings muß dann der Abstand des Lichtsen­ ders 4 so bemessen sein, daß das einen Abtaststreifen bilden­ de Ende des Lichtleiters 8 voll und einigermaßen gleichmäßig beleuchtet ist, was durch ein Beleuchtungsfeld 9 in Fig. 8a und 8b angedeutet ist. Dafür entfällt die genaue Justierung des Lichtsenders 4.

Es kann aber auch vorteilhaft sein, den Lichtsender 4 und den Lichtempfänger 3 mit einem Lichtleiter 8 auszustatten; in diesem Fall liegt für die Anordnung von Lichtsender 4 und Lichtempfänger 3 ein höherer Freiheitsgrad vor; allerdings ist eine genaue Justierung des Lichtsensors 4 erforderlich.

In Fig. 7 ist der Anstieg der Ausgangsspannung des mit einem Lichtleiter 8 versehenen Lichtempfängers 3 dargestellt, wenn ein Licht 2 bei diesem eintrifft. Hierbei wird die Breite b des faseroptischen Lichtleiters 8 bzw. des Abtaststreifens bei einer Geschwindigkeit v der Bahn 1 in der Zeit t_b = b/v überfahren. Innerhalb dieser Zeit muß das Signal die Schwel­ lenwertspannung U_s überschritten haben. Um diese Zeitmessung meßtechnisch besser realisieren zu können, sind, wie in Fig. 7 gezeigt, zwei weitere Schwellenwertspannungen U_H1 und U_H2 ein­ geführt; hierdurch werden undefinierte Übergänge des Span­ nungsverlaufes vermieden. Der zeitliche Abstand, in dem diese beiden weiteren Schwellenwertspannungen durchlaufen werden, ist mit dt bezeichnet.

In Fig. 8a ist die Bahn 1 mit Löchern 2 in der Draufsicht dar­ gestellt, die sich in Pfeilrichtung gegen den ortsfesten Lichtleiter 8 bewegt. Hierbei weist die Bahn 1 ihre Soll-Lage auf. In der gleichen Darstellung in Fig. 8b ist dagegen die Bahn 1 mit den Löchern 2 quer zur Bewegungs- bzw. Trans­ portrichtung (Pfeilrichtung) versetzt. Wie aus Fig. 8c er­ sichtlich, löst das Loch 2 im Lichtempfänger 3, der mit dem Lichtleiter 8 verbunden ist, in jedem Fall dieselbe Reaktion aus, solange die gesamte Lochkante innerhalb der Länge 1 des Abtaststreifens (Fig. 6) durch diesen hindurchläuft.

Allerdings ist der Zeitpunkt t, zu dem der Signalstrom des Lichtempfängers 3 die Schwellenwertspannung U_s überschreitet, gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem die vorlaufende bzw. vordere Lochkante die ihr zugewandte Kante des Abtaststreifens er­ reicht, ein wenig verzögert. Die Größe dieser Verzögerung ist jedoch in jedem Falle gleich und kann somit gegebenenfalls ohne weiteres berücksichtigt werden.

Der Zeitpunkt t ist in Fig. 9, die Fig. 4 ähnelt und die Si­ gnalverarbeitung darstellt, mit t₁ bezeichnet. Wie aus Fig. 9 zu ersehen ist, wird nicht nur das Signal in einem mit einem Mikroprozessor ausgestatteten Regler 7' verarbeitet, sondern es wird auch die Lichtstärke des Lichtsenders bzw. der Leuchtdiode 4 der Lichtschrankenanordnung einreguliert. (70')

Dieser Vorgang ist im Flußdiagramm der Fig. 10 gezeigt; dabei wird zu einem Zeitpunkt, zu dem sich kein Medium bzw. keine Bahn 1 in der Lichtschranke befindet, der Strom I_START als an­ fänglicher Betriebsstrom I_LED eingestellt (Schritt S10). Die­ ser Anfangsstrom I_START wird so eingestellt, daß er im Licht­ empfänger ein Signal erzeugt, das höher ist als die Schwel­ lenwertspannung U_S, aber so klein ist, daß auch bei eingeleg­ ter Bahn 1 keine störenden Reflexionen an dieser und kein störendes Durchlicht durch die Bahn 1 hindurch auftreten.

Bei Schritten S11 und S12 wird bei eingelegter Bahn 1 der Be­ triebsstrom I_LED solange verkleinert, bis die Signalspannung des Fototransistors 3 unter der zusätzlichen Schwellenwert­ spannung U_H liegt. Dann wird die Bahn 1 beim Schritt S13 auf ihre Sollgeschwindigkeit v_M gebracht und der Zeitabstand dt wird ermittelt. Beim Schritt S15 wird der Betriebsstrom I_LED solange erhöht, bis der Zeitabstand dt kleiner ist als t_b = b/v_M (Schritt S14). Dann wird der Betriebsstrom I_LED um ei­ nen vorbestimmten Wert erhöht (Schritt S16), damit bei allen im Betrieb auftretenden Schwankungen die Signalspannung U_s auftritt, während die Breite b des Abtaststreifens in Pfeil­ richtung von der Kante des Loches 2 überstrichen wird.

In Fig. 8a und 8b ist das vom Lichtsender 3 ausgeleuchtete Be­ leuchtungsfeld 9 umrissen, soweit nur der Lichtempfänger 3 mit einem Lichtleiter 8 versehen ist. Wenn auch der Lichtsen­ der 4 mit einem Lichtleiter 8 versehen ist, fällt das Be­ leuchtungsfeld mit dem Abtaststreifen zusammen.

Claims (11)

1. Verfahren zum genauen Bestimmen der Vorschublage einer bewegten, gelochten Bahn (1) mit Hilfe einer ortsfesten Lichtschranke (3, 4), wobei die Bahn (1) quer zur Bewegungsrichtung ihre Lage verändern kann,
bei dem die Zeitpunkte (t₁, t₂) ermittelt werden, zu denen ein die Lichtschranke (3, 4) durchlaufendes, im wesentlichen rundes Loch (2) der Bahn (1) Signale hervorruft, die eine Signalschwelle (U_s) überschreiten,
eine Änderung der Signalgröße jeweils beim Eintreffen einer Kante des Loches (2) erfolgt,
ein mittlerer Zeitpunkt (t_M) zwischen den Zeitpunkten (t₁, t₂) der Änderung des Signals über die Signalschwelle (U_s) hinweg bestimmt wird, der die Lage des Mittelpunktes des Loches (2) definiert,
und bei dem die Lichtstärke der Lichtschranke (3, 4) so eingestellt wird, daß bei niedrigstmöglicher Lichtstärke das Signal bei Abwesenheit der Bahn (1) noch eindeutig die Signalschwelle (U_s) übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschranke (3, 4) einen im wesentlichen runden Abtastfleck (6, 6') aufweist, dessen Durchmesser kleiner ist als derjenige des Loches (2) der Bahn (1).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Lichtstärke ständig oder periodisch automatisch erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschranke (3, 4) als Durchlichtschranke ausgebildet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschranke (3, 4) als Auflichtschranke ausgebildet ist.

6. Vorrichtung zum genauen Bestimmen der Vorschublage einer bewegten, gelochten Bahn (1) mit einer ortsfesten Lichtschrankenanordnung (3, 4), wobei die Bahn (1) und damit die Mitte des Loches (2) quer zur Bewegungsrichtung über einen Verschiebebereich hinweg Lageänderungen erfahren,
die ein ihren Abtastfleck durchlaufendes, im wesentlichen rundes Loch (2) der Bahn (1) infolge Änderung eines abgegebenen Signals über eine Signalschwelle (U_s) hinweg zeitlich erfaßt,
der Abtastfleck als schmaler sich quer zur Bewegungsrichtung erstreckender Abtaststreifen ausgebildet ist, der den Verschiebebereich überdeckt,
die Vorschublage durch den Zeitpunkt der Änderung des Signals über die Signalschwelle (U_s) hinweg definiert ist, und die Lichtschrankenanordnung (3, 4) mit einer Steuereinrichtung (F) verbunden ist, durch welche die Lichtstärke seines Lichtsenders (4) so einstellbar ist, daß bei niedrigstmöglicher Lichtstärke das Signal bei Abwesenheit der Bahn (1) noch eindeutig die Signalschwelle (U_s) übersteigt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) der Lichtschrankenanordnung einen Bereich (9) beleuchtet, der den Abtaststreifen einschließt, und daß der Lichtempfänger (3) der Lichtschrankenanordnung am anderen Ende eines Empfangs- Lichtleiters (8) angebracht ist, dessen anderes Ende die Abmessungen (b, 1) des Abtaststreifens aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichent, daß die Lichtquelle (4) am einen Ende eines Sende-Lichtleiters (8) angeordnet ist, dessen anderes Ende die Abmessungen (b, 1) des Abtaststreifens aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) als eine Leuchtdiode und/oder der Lichtempfänger (3) als ein Fototransistor ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (4) und der Lichtempfänger (3) auf den verschiedenen Seiten der Bahn (1) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (4) und der Lichtempfänger (3) auf derselben Seite der Bahn (1) angeordnet sind.