DE19926848A1 - Lagedetektionssystem auf Infrarot(IR)-Lichtbasis für Warenbahnen - Google Patents

Abstract

Zur Detektion von Position und Orientierung einer Warenbahn ist es erforderlich, Sensoren einzusetzen. Diese vorzugsweise als CCD-Kameras ausgeführten Systeme weisen einen Nachteil in bezug auf Auflösung bzw. bei Einsatz mehrerer Kameras in der erforderlichen Rechenleistung auf. DOLLAR A Bei einem Lagedetektionssystem auf Infrarot(IR)-Lichtbasis für eine Warenbahn (6), mit einem Querschnittswandler (1) zur Generierung eines linienförmigen IR-Licht-Vorhangs (2), und dessen Signale an eine elektronische Auswerteeinheit übertragbar sind, ist vorgesehen, daß die optische Sende- (4a) und Empfangseinheit (4b) integriert in einem Querschnittswandler (1) ist oder einzelnen in je einem Querschnittswandler im Winkel zueinander angeordnet sind, quer zur Warenbahn (6) auf Höhe der Konturkante der Warenbahn angebracht sind sowie keine zusätzliche Beleuchtungseinrichtung erforderlich macht. Aufgrund des Onlineverfahrens zur Auswertung der Meßspannung (12) ist der Rechenaufwand minimal. DOLLAR A Das Lagedetektionssystem ermöglicht durch Nutzung von Infrarot(IR)-Licht einen flexiblen Einsatz bei unterschiedlichen Materialien. Insbesondere beim automatisierten Handhaben von textilen Materialien in der Textil- und Bekleidungsproduktion findet es Verwendung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lagedetektionssystem für Warenbahnen, insbe­ sondere Warenbahnen aus Textilmaterial, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Onlineverfahren zur Bestimmung der Lage der Warenbahn nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Beim Führen von Warenbahnen während des Produktionsvorganges ist das korrekte Einhalten von Position und Orientierung von entscheidender Be­ deutung. Insbesondere bei der automatisierten Handhabung während des Fügevorganges wie beispielsweise Nähen oder Schweißen erfolgt eine Lagere­ gelung der Konturkante der Warenbahn. Häufig wird die Lage der Warenbahn nicht rechtzeitig erkannt. Dadurch können Störungen im korrekten Ablauf der Produktionsaufgabe sowie Beschädigungen der Warenbahn entstehen.

Bekannte automatische Verfahren zur Lagedetektion tasten die Kontur­ kante mit Hilfe taktiler Sensoren oder optischer Wegaufnehmer vorzugsweise CCD-Kamerasysteme ab. Taktiler Sensoren (Tastsensoren) führen oftmals zu Lageverschiebungen aufgrund des biegeschlaffen Materials. CCD-Kameras erweisen sich oftmals als zu langsam in der Auswertung der erhaltenden Si­ gnale. Zusätzlich werden bei diesen Kamerasystemen die Einflüsse der Kontur­ kante der Warenbahn in Hinblick auf Ausfransungen durch Fadenauslösung nicht mit berücksichtigt. Die Auswertung der Bildinformation erfordert dann eine bei hoher Auflösung und einer erforderlichen schnellen Onlinemessung eine extrem hohe Rechnerleistung. Dieses verursacht zumeist einen erhöhten Justa­ geaufwand sowie, aufgrund der Rechnerleistung, hohe Kosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lagedetektionssystem zu schaffen, daß eine schnellere und einfachere Auswertung der Lage der Warenbahn bei reduziertem Rechneraufwand ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale der Ansprüche 1 und 10.

Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, daß quer zur Konturkante der Warenbahn vorzugsweise ein IR-Lichtsensor mit Querschnittswandler angeord­ net wird, der die Konturkante der Warenbahn linienförmig abtastet, wobei das ausgesendete und empfangende Licht mittels Lichtwellenleiter zwischen IR- Lichtsensor und Querschnittswandler transportiert wird. Das empfangene Licht ist reflektiert von dem unter dem ausgestrahlten, linienförmigen IR-Licht vorhan­ denen Material. Es beschreibt somit ein Verhältnis von Überdeckung durch das Material und der darunter befindlichen nahezu vollständig absorbierenden Oberfläche. Das über den Detektor empfangende Licht wird in einen Analogsi­ gnalpegel im verwendeten IR-Lichtsensor umgewandelt, der mittels der linearen Kennlinie in eine Wegstrecke der überdeckten Linie umgerechnet werden kann. Diese Wegstrecke dient zur Definition der Istposition und somit zur Regelung der Lage der Warenbahn in der elektronischen Auswerteeinheit. Auf diese Weise lassen sich bei hoher Auflösung hohe Meßgeschwindigkeiten realisieren.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Lagedetektionssystems bestehen in der universellen Einsetzbarkeit.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die optischen Elemente über Lichtwel­ lenleiter mit den Detektoren verbunden sind. Der Einsatz von Lichtwellenleiter ermöglicht es, den IR-Lichtsensor und die elektronische Auswerteeinheit an einem geschützten Ort unterzubringen und die Detektion unter extremen Umge­ bungsbedingungen zu realisieren. Die Beleuchtungseinheit ist vorzugsweise in einem Querschnittswandler gemeinsam mit der Detektionseinheit oder einzeln integriert. Es wird vorzugsweise eine IR-Licht emittierenden Leuchtdiode (LED) als Leuchtquelle verwendet. Zur Detektion wird vorzugsweise eine Empfangs­ diode für IR-Licht verwendet. Die Verwendung von LED's (Leuchtdioden), Pho­ todioden und Lichtwellenleiter erhöht in hohem Umfang die Standzeit und die Langzeitstabilität. Die LED's sind als Sensoren rauscharm, wodurch die Emp­ findlichkeit erheblich gesteigert werden kann. Die lichtempfangenden und/oder lichtemittierenden Elemente können parallel oder unter einem gegenseitigen Winkel von ca. 10 bis 35°, vorzugsweise 25°, angeordnet sein.

Aufgrund des verwendeten IR-Lichtes kann auf eine zusätzliche Beleuch­ tungseinheit verzichtet werden, da Umgebungslichteinflüsse keinen Einfluß auf das Meßergebnis erwarten lassen.

Die analogen Ausgangssignale des IR-Lichtsensor, vorzugsweise ein Spannungssignal, werden in der elektronischen Auswerteeinheit z. B. ein han­ delsüblicher Personal Computer (PC) mit Analog-Digital-Wandler Karte oder eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) mit analogen Eingängen, in digitale Signale umgewandelt. Es kann bei Verwendung einer Auswerteeinheit zur Erzeugung eines digitalen Signals mit einer Bandbreite von 12 Bit (4096 Werte) und eines Querschnittswandlers von 50mm IR-Licht Sender und Emp­ fängereinheit eine Auflösung der Lage der Warenbahn von ca. 0,01 mm erzielt werden. Zur Berücksichtigung der Materialeigenschaften wie beispielsweise des Reflexionsverhalten ist es erforderlich, die Kennlinie des Detektors vom Idealzu­ stand auf das vorliegende Material anzupassen.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Lagedetektionssystem für eine Warenbahn mit dem quer zur Warenbahn angebrachten, linienförmig angeordneten Querschnittswandler mit dem emittierten und reflektierten IR-Licht-Vorhang sowie die als Walze ausge­ führte Quervorschubeinrichtung zur Justierung der Lage der Warenbahn.

Fig. 2 einen Schnitt durch den Querschnittswandler zur Verdeutlichung der Läge der Lichtwellenleiter bei paralleler Anordnung der lichtemittierenden und lichtempfangenden Elemente sowie der auf die Warenbahn emittierten und reflektierten Lichtwellen.

Fig. 3 eine Anordnung im Winkel zueinander angeordneten lichtemittie­ renden und lichtempfangenden, linienförmigen angeordneten Querschnitts­ wandler.

Fig. 4 eine Seitenansicht mit einem lichtemittierenden Querschnittswandler sowie dem reflektierendem Medium und der absorbierenden Oberfläche.

Fig. 5 eine Ausprägung einer Kennlinie des Detektors zur Umwandlung des detektierten Analogsignals in eine der Lage entsprechenden Strecke.

Das Detektionssystem kann eine automatisierte Lageerkennung einer Wa­ renbahn durchführen. Des weiteren ist es möglich, Orientierung der Warenbahn durch Verkettung von Meßwerten zu detektieren.

Die Warenbahn 6 wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Längs­ richtung bewegt. Ein oder mehrere quer zur Konturkante der Warenbahn ober­ halb dieser Warenbahn angebrachte Querschnittswandler 1, bestehend aus linienförmig ausgebildeten, lichtemittierenden 4a und linienförmig ausgebildeten, lichtempfangenden 4b, optischen Elementen, die parallel (Fig. 1) oder im Winkel zueinander (Fig. 3) angeordnet sein können, tasten die Lage der Warenbahn entlang des linienförmigen Lichtvorhangs 2 ab. Um unabhängig von äußeren Lichteinflüssen zu sein, wird Infrarot (IR)-Licht verwandt.

Dabei können die linienförmige angeordneten, lichtemittierenden Elemente 4a und linienförmige angeordneten, lichtempfangenden Elemente 4b aus Licht­ wellenleiter 3 bestehen, die das IR-Licht von einer oder mehreren Lichtquellen, z. B. Leuchtdioden (LED's) oder Laserdioden zum Querschnittswandler 1 und rückführend auf eine oder mehrere Photodioden transportieren.

Bei oberhalb der Warenbahn 6 angeordneten Querschnittswandlern i, der die IR-lichtführenden Lichtwellenleiter 3 für die lichtemittierenden 4a oder licht­ empfangenden Elemente 4b beinhaltet, können diese auf einer sich quer zur Konturkante der Warenbahn 6 erstreckenden Schiene angeordnet sein) wobei die lichtemittierenden 4a und lichtempfangenden Elemente 4b auf einem be­ stimmten Abstand der Schiene von der Warenbahn 6 justiert sind. Die lichtemit­ tierenden 4a können relativ zu den lichtempfangenden Elemente 4b unter einem Winkel von 0° (Fig. 2) oder von ca. 10° bis 35°, vorzugsweise 25° (Fig. 3), verlaufen.

Der durch die linienförmig angeordneten, lichtemittierenden Elemente 4a ausgestrahlte IR-Licht-Vorhang 5a wird von der darunter befindlichen Oberflä­ che 10 absorbiert. Erst bei Überdeckung der absorbierenden Oberfläche 10 mit der Warenbahn 6 erfolgt eine Reflexion des IR-Licht-Vorhangs 2 (Fig. 4). Das reflektierte IR-Licht 5b wird durch die lichtempfangenden Elemente 4b detektiert und mittels des Lichtwellenleiters 3 zum IR-Lichtsensor, transportiert. Das emp­ fangende Licht wird beispielsweise mittels Photodioden in eine analoge Span­ nung umgewandelt. Das analoge Ausgangssignal des Sensors, ein Standard- Voltsignal 0-10 Volt, wird zu einer Auswerteeinheit zur Lageregelung der Wa­ renbahn 6 transportiert. Die Auswerteeinheit kann vorzugsweise ein handelsüb­ licher Personal Computer (PC) mit Analog-Digital-Wandler Karte oder eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) mit analogen Eingängen sein. Diese Lageregelung kann auf eine als Walze ausgeführte Quervorschubs­ vorrichtung 8 Einfluß nehmen und sie quer zur Warenbahn auf der Welle 7 verschieben.

Fig. 5 zeigt die lineare Idealkennlinie 11 eines IR-Lichtsensors. Es ist aus dem Diagramm zu ersehen) daß auf der detektierbaren, linienförmigen Strecke 9, auf die der IR-Licht-Vorhang 2 fällt, sich das analoge Ausgangssignal des IR- Lichtsensors umgekehrt reziprok zur überdeckten Strecke auf der absorbieren­ den Fläche 10, beziehungsweise zur reflektierenden Strecke auf der Warenbahn 6 ändert. D.h. bei vollständiger Überdeckung der absorbierenden Fläche 10 durch die Warenbahn 6 kommt es aufgrund der Reflexion zum minimalen analo­ gen Ausgangssignal des IR-Lichtsensors.

Die im weiteren ausgeführten verschobenen Kennlinien 12 resultieren dar­ aus, daß die Kennlinie des IR-Lichtsensors vom Reflexionskoeffizienten der Warenbahn 6 abhängt und vor Verwendung des Lagedetektionssystems adap­ tiert werden muß. Dazu wird der Wert bei vollständiger Überdeckung der absor­ bierenden Oberfläche dem minimalen analogen Ausgangssignal des IR- Lichtsensors gleichgesetzt. Die Kennlinie 12 über die zu detektierende Strecke 9 bleibt linear.

Das beschriebene Lagedetektionssystem weist eine hohe Standzeit auf. Aufgrund des Onlineverfahrens zur Auswertung der Meßspannung ist der Re­ chenaufwand minimal. Das Lagedetektionssystem ermöglicht durch Nutzung von Infrarot(IR)-Licht einen flexiblen Einsatz bei unterschiedlichen Materialien.

Claims (11)

1. Lagedetektionssystem auf Infrarot(IR)-Lichtbasis für Warenbahnen (6), mit einem Querschnittswandler (1) zur Generierung eines linienförmigen IR- Licht-Vorhangs (2), und dessen Signale an eine elektronische Auswerteein­ heit übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die optische lichtemit­ tierenden Elemente (4a) und lichtempfangenden Elemente (4b) in einem Querschnittswandler (1) oder unter einem Winkel zueinander angeordnet in jeweils einem Querschnittswandler integriert sind, die die Warenbahn linien­ förmig abtasten, quer zu der in Längsrichtung bewegten Warenbahn (6) auf Höhe der Konturkante der Warenbahn angebracht sind und keine zusätzliche Beleuchtungseinrichtung erforderlich macht.

2. Lagedetektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente (4a und 4b) beispielsweise über Lichtwellenleiter (3) mit dem IR-Lichtsensor verbunden sind.

3. Lagedetektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente (4a und 4b) aus Lichtwellenleiter bestehen.

4. Lagedetektionssystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierenden Elemente (4a) aus Lichtwellenleiter (3) bestehen, die das IR-Licht von einer Lichtquelle auf eine absorbierende Fläche (10) führen.

5. Lagedetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquelle auf LED- oder Laserdioden und der IR- Lichtsensor aus Photodioden bestehen.

6. Lagedetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die lichtemittierenden Elemente oberhalb der Warenbahn (6) angeordnet sind.

7. Lagedetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Querschnittswandler (1) auf einer quer zur Konturkante der Warenbahn (6) sich erstreckenden Schiene angeordnet sind.

8. Lagedetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die lichtemittierenden (4a) und die lichtempfangenden (4b) optischen Elemente unter einem gegenseitigen Winkel von ca. 10° bis 35°, vorzugsweise 25°, oder parallel verlaufen.

9. Lagedetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein analoges Ausgangssignal im IR-Lichtsensor umgekehrt reziprok zur überdeckten Strecke auf der absorbierenden Fläche generiert wird.

10. Onlineverfahren zum Feststellen der Lage der Warenbahn durch linienförmi­ ges Beleuchten der Warenbahn mittels IR-Licht, durch linienförmiges, opti­ sches Abtasten der beleuchteten Oberfläche der Warenbahn, durch Übertra­ gung der Abtastsignale zu einem IR-Lichtsensor und durch Umwandlung des übertragenden Abtastsignals in ein analoges Spannungsignal zur Lagerege­ lung der Warenbahn, gekennzeichnet durch das linienförmige Abtasten der Konturkante quer zur in Längsrichtung bewegten Warenbahn (6), wobei die analogen Spannungssignale unter Verwendung der Kennlinie des IR- Lichtsensors (11) in digitale Signale umgewandelt werden, die die Lage der Warenbahn repräsentieren.

11. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie des IR-Lichtsensors unter Berücksichtigung des Reflexionskoeffizienten der Warenbahn, durch Zuweisung der bei der vollständigen Überdeckung der absorbierenden Oberfläche (10) durch die Warenbahn (6) erhaltenden Signalwert an das minimale analoge Ausgangssignal des IR-Lichtsensors angepaßt wird.