DE19802913A1 - Vorrichtung zur Erfassung der Kantenlage einer bewegten Materialbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Kantenlage einer bewegten Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn in einer Papierver­ arbeitungsmaschine, wie einer Wellpappemaschine o. dgl.

Zum Hintergrund der Erfindung ist auszuführen, daß bei der maschinellen Verarbeitung von Bahnwaren oftmals die genaue Kenntnis der Kantenlage der Materialbahn bei ihrem Lauf durch die Maschine von entscheidender Bedeutung für die Verarbeitbarkeit und Qualität des herzustellenden Pro­ duktes ist. Auch die Überwachung der Bahnposition und -breite, was durch eine Erfassung der Kantenlage mittelbar bewerkstelligt werden kann, ist wichtig.

Aus dem Stand der Technik sind hierzu bereits eine Reihe von Sensoren bekannt. Als Beispiel sind einerseits mechanische Sensoren zu nennen, bei denen eine filigrane Mitläuferrolle an einem Schwenkarm gegen die Bahn­ kante zugestellt wird, wobei die Position der Bahnkante durch den Aus­ schwenkwinkel des Armes ermittelbar ist. Diese mechanischen Sensoren sind dahingehend von Nachteil, daß die Materialbahn selbst durch die me­ chanische Beaufschlagung in Mitleidenschaft gezogen werden kann. Ferner kann durch den Druck der Rolle die Kante deformiert werden, was die Er­ fassung der Kantenlage ungenau macht.

Eine kontaktlose Erfassung kann demgegenüber durch eine optische Mes­ sung erreicht werden. So kann beispielsweise ein Lichtvorhang im Bereich der Bahnkante angeordnet werden, wobei die Kantenposition durch die Abschattung des Lichtempfangers bestiminbar ist.

Eine weitere Möglichkeit der optischen Erfassung besteht in der Verwen­ dung einer CCD-Kamera, die die Bahnkante zweidimensional erfaßt und damit eine relativ exakte Lagebestimmung ermöglicht.

Den vorstehend erörterten optischen Erfassungsvorrichtungen ist gemein­ sam, daß die Bahnkante direkt erfaßt wird. Dabei führen die oftmals im Bereich beispielsweise von Papierverarbeitungsmaschinen auftretenden Verschinutzungen, Hitze-, Staub-, Dampfentwicklungen usw. zu erhebli­ chen Problemen, was eine exakte Erfassung der Kantenlage anbelangt.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Erfassung der Kantenlage einer bewegten Materialbahn so zu ver­ bessern, daß eine genaue, zuverlässige und von Umwelteinflüssen mög­ lichst unbeeinträchtigte Kantenlagenbestimmung möglich wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale ge­ löst. Durch die Verwendung eines Strichcodes auf einem Codeträger und dessen Erfassung durch einen Strichcode-Leser wird die Bahnkante und damit ihre Lage nur mittelbar durch die Abdeckung des Strichcodes durch die Materialbahn ermittelt. Zur Signalerzeugung für die Kantenlagenerfas­ sung fungiert also der auf dem Code-Träger aufgebrachte Strichcode, und nicht die Bahn selbst. Die dabei eingesetzten Strichcode-Lesegerät-Einh­ eiten sind handelsübliche und in vielfacher Weise unter härtesten Praxisbe­ dingungen erprobte Geräte, die unempfindlich gegenüber den erwähnten Umwelteinflüssen sind.

Durch die nach Anspruch 2 vorgesehene Erfassung beider Bahnkanten sind die Arbeitsbreite der Bahnware, deren absolute Lage, die Bahnwanderung während des Betriebes und eine Veränderung der Bahnbreite beispielswei­ se durch Schrumpfung ermittelbar.

Grundsätzlich ist es möglich, für den Code-Träger beispielsweise ein stati­ sches "Lineal" zu verwenden, über das die zu überwachende Bahn läuft. Hierbei müßte ein Kontakt zwischen der Bahn und dem Lineal stattfinden, um ein Flattern der Bahn und dadurch bedingte Meßfehler zu vermeiden. Durch diesen Kontakt würde jedoch ein Abrieb an der Bahn hervorgerufen oder diese anderweitig in Mitleidenschaft gezogen werden. Insoweit ist es von Vorteil, daß der Code-Träger eine Walze ist, über die die Bahnware läuft (Anspruch 3). Dabei kann eine eigens hierfür vorgesehene Meßwalze eingesetzt oder eine ohnehin in der Maschine vorhandene und notwendige Walze - beispielsweise eine Spannwalze - verwendet werden, die dann nur mit der Strichcodierung versehen werden muß.

Für die Realisierung des Strichcodes sind sehr unterschiedliche Varianten möglich. So kann auf den Code-Trager eine mit entsprechenden Strichen bedruckte Folie aufgeklebt werden. Auch der scheibenweise Aufbau eines als Walze ausgebildeten Code-Trägers aus unterschiedlich eingefärbten - und damit ein um den Walzenumfang umlaufendes Strichmuster bildende - Scheiben ist denkbar. Besonders dauerhaft und einfach abtastbar ist jedoch die im Anspruch 4 angegebene Rillenausbildung für den Strichcode. Vor­ zugsweise sind diesen Rillen dann Reinigungsbürsten zugeordnet (Anspruch 5), um ein Zusetzen der Rillen bei entsprechender Anfälligkeit aufgrund des bearbeitenden Materials zu vermeiden.

Durch die im Anspruch 6 angegebene Verschiebbarkeit des oder der Strichcode-Leser quer zur Laufrichtung kann deren Position optimal an die Breite der zu überwachenden Materialbahn angepaßt werden. Damit wer­ den Abschattungseffekte und damit verbundene Meßfehler verhindert.

Durch die in den Ansprüchen 7 bis 9 angegebenen Maßnahmen kann eine Selbstjustierung und -kalibrierung der Erfassungsvorrichtung stattfinden. Insofern kann nach dem Auswechseln einer Walze oder eines Strichcode- Lesers eine aufwendige Neujustage entfallen. Näheres hierzu ist der Be­ schreibung des Ausführungsbeispiels entnehmbar.

Wie aus Anspruch 10 hervorgeht, ist der Strichcode-Leser durch einen La­ ser-Scanner mit integrierten Decoder gebildet. Derartige Geräte werden auf breiter Basis bereits in automatischen Kassensystemen und in Post- Sortieranlagen eingesetzt, wo sie sogenannte "Barcode-Etiketten" abtasten und erkennen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläu­ tert wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erfassung der Bahnkanten und -lage einer Materialbahn und

Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht der Einzelheit II nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist als Materialbahn eine Papierbahn 1 schematisch im Schnitt und in der Dicke stark übertrieben angedeutet. Die Schnittlage befindet sich an geeigneter Stelle in einer nicht näher darstellten Papierverarbeitungsma­ schine, wie beispielsweise einer Wellpappemaschine, in der es auf die ge­ naue Lage der beiden Bahnkanten 2, 3 relativ zu einer Maschinen- Mittelebene 4 ankommt. Um beispielsweise das deckungsgleiche Überein­ anderfahren zweier Papierbahnen zu gewährleisten, müssen die beiden Bahnkanten 2, 3 möglichst exakt den gleichen Abstand von der Maschinen- Mittelebene 4 aufweisen.

Um nun die Lage der Papierbahn 1 und insbesondere der beiden Bahnkan­ ten 2, 3 zu erfassen, ist die in der Zeichnung dargestellte Meßvorrichtung vorgesehen. Kernstück davon ist einerseits eine auf einer Achse 5 freilau­ fende Walze 6, über die die Papierbahn 1 geführt ist. Durch die Vorwärts­ bewegung der Papierbahn 1 in Laufrichtung 7 rotiert die Walze 6.

Die Walze 6 dient als Code-Träger für ein Paar von Strichcodes 8, 9, die auf dem Walzenmantel vor den beiden stirnseitigen Enden über eine vorge­ gebene Meßbereichsbreite 10 aufgebracht sind. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, bestehen die Strichcodes 8, 9 aus Rechteck-Profilrillen 11, die quer zur Laufrichtung 7 der Papierbahn 1 - also quer zur Rotationsachse R der Walze 6 - mit einer Teilung s aneinandergereiht sind. Die Teilung beträgt beispielsweise 0,3 mm, ist also relativ fein.

Ferner gehören zu der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung jeweils ein oberhalb der beiden Strichcodes 8, 9 angeordneter Strichcode-Leser 12, 13, bei denen es sich um handelsübliche Laser-Scanner mit integriertem Decoder handelt. Derartige Geräte werden beispielsweise von der Firma Leuze Elektronik, D-73277 Owen/Teck hergestellt und vertrieben.

Diese Strichcode-Leser 12, 13 weisen ein fächerförmiges Abtastfeld 14 auf, dessen Abtastebene die Rotationsachse R der Walze 6 aufnimmt und rechtwinklig zur Papierebene liegt. Die Strichcode-Leser 12, 13 tasten mit einer Scanrate von z. B. 600/Sek. das Abtastfeld 14 ab und detektieren das von den Rechteck-Profilrillen 11 reflektierte Signal. Dadurch kann die Zahl der offenliegenden, nicht von der Materialbahn abgedeckten Rillen 11 und damit der Abstand der jeweiligen Bahnkante 2, 3 von einer Referenz- Nullinie 15 der Strichcodes 8, 9 erfaßt werden. Um einer Verschmutzung und Verstopfung der Rillen 11 durch Papierabrieb, Staub u. dgl. vorzubeu­ gen, sind im Bereich der Rillen 11 der Strichcodes 8, 9 jeweils Reinigungs­ bürsten 19 angeordnet, deren Borsten 20 jeweils in diese Rillen 11 eingrei­ fen (s. Fig. 2).

Die beiden Strichcode-Leser 12, 13 sind mit einer Mikroprozessor gesteu­ erten Auswerteeinrichtung 16 gekoppelt, wodurch die Ausweitung der von den Lesern 12, 13 herrührenden Signale die entsprechenden Werte für die Bahnkantenlage und z. B. die absolute Breite der Materialbahn 1 ermittelt werden können.

Durch eine Ankopplung - in Fig. 1 symbolisiert durch den Pfeil 17 - an eine entsprechende Regeleinrichtung kann auf der Basis der ermittelten Bahn­ kantenlage über einer Abweichung von einem Sollwert eine entsprechende Nachregelung der Bahnlage in der Maschine vorgenommen werden.

Die beiden Strichcode-Leser 12, 13 können im übrigen quer zur Bahnlauf­ richtung 7 verstellbar an einer nicht dargestellten Lagereinheit angeordnet sein, um eine optimale Erfassung der tatsächlichen Bahnkantenlage bei­ spielsweise auch bei dickem Bahnmaterial zu gewährleisten. Würde ein Strichcode-Leser 12 nämlich zu weit innen sitzen, so daß der Projektions­ punkt des Strahlursprungspunktes 18 des Abtastfeldes 14 auf die Papier­ bahn 1 herunter bezogen auf die Papierbahnbreite innerhalb der Bahnkante 2 liegen würde, würden durch die Dicke der Papierbahn einige Rillen abge­ schattet und das Meßergebnis verfälscht werden.

Durch die als etwas breitere Rille 11' realisierte Referenz-Nullinie 15 der beiden Strichcode 8, 9 in Verbindung mit der Auswerteeinrichtung 16 ist eine Selbstkalibrierung des Systems möglich, die beispielsweise einen Ver­ satz der Walze 6 zu den beiden Scannern 12, 13 ausgleicht.

Ferner kann dem System nach einer Erstjustage die Maschinen-Mittelebene 4 als "gedachte Nullinie" eingespeichert werden, die sich durch die Refe­ renz-Nullinien 15 definieren läßt. Beim Auswechseln einer Walze oder eines Strichcode-Leser 12, 13 können dann wiederum die außenliegenden Referenz-Nullinien 12 abgetastet und mit den gespeicherten Werten vergli­ chen werden. Dadurch kann ein Korrekturwert für das Ausgangssignal zur Regelung generiert werden, das die veränderten geometrischen Bedingun­ gen innerhalb der Meßvorrichtung bei Austausch einer Komponente aus­ gleicht.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Erfassung der Kantenlage einer bewegten Materialbahn insbesondere einer Papierbahn in einer Papierverarbeitungsmaschine, wie einer Wellpappemaschine oder dgl., mit

• - einem von der Materialbahn (1) überdeckten, quer zur Laufrichtung (7) der Bahn (1) angeordneten Code-Träger (6), der mindestens auf einer Seite über die zu erfassende Bahnkante (2, 3) hinaussteht,
• - einem auf den Codeträger (6) zumindest im Laufbereich der zu erfas­ senden Bahnkante (2, 3) aufgebrachten Strichcode (8, 9), und
• - einem Strichcode-Leser (12, 13), der den durch die Materialbahn (1) nicht überdeckten Bereich des Strichcodes (8, 9) von der Seite der Bahn (1) her zur Lagebestimmung der Bahnkante (2, 3) abtastet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Code­ träger (6) zur Erfassung beider Bahnkanten (2, 3) beidseitig über die Materialbahn (1) hinaussteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger eine Walze (6) ist, über die die Materialbahn (1) läuft.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strichcode (8, 9) aus einer Reihe von quer zur Laufrichtung (7) der Materialbahn (1) aneinandergesetzten Rillen (11, 11') gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Rillen (11) Reinigungsbürsten (19) zugeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strichcodeleser (12, 13) quer zur Laufrichtung (7) der Ma­ terialbahn (1) verstellbar angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strichcode (8, 9) eine Referenzkodiermarke (11') zur Defi­ nition einer Referenzlage aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Bahnkante (2, 3) und ihrem zugehörigen Strichcode (8, 9) jeweils ein Strichcodeleser (12, 13) zugeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei­ de Strichcodeleser (12, 13) mit einer mikroprozessorgesteuerten Aus­ werteeinrichtung (16) derart gekoppelt sind, daß über die Erfassung der Referenzkodiermarken (11') des der jeweiligen Bahnkante (2, 3) zuge­ ordneten Strichcodes (8, 9) die Vorrichtung selbstkalibrierbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strichcodeleser durch einen Laser-Scanner (12, 13) mit in­ tegriertem Decoder gebildet ist.