DE202005010037U1

DE202005010037U1 - Vorrichtung zur Bogenkontrolle

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Publication number: DE202005010037U1
Application number: DE200520010037
Authority: DE
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2005-06-25
Filing date: 2005-06-25
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2015-06-26

Abstract

Vorrichtung zur Bogenkontrolle mit einer Anordnung von Ultraschallsensoren, mittels derer Bögen (5) an unterschiedlichen Stellen erfassbar sind, wobei jeder Ultraschallsensor einen Ultraschallsender (3) und einen Ultraschallempfänger (4) aufweist, und mit einer Auswerteeinheit, in welcher zur Unterscheidung von Einfach- und Mehrfachbögen aus den Empfangssignalen der Ultraschallempfänger (4) ein Summensignal generiert wird, welches mit wenigstens einem Schwellwert bewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bogenkontrolle.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 199 27 865 A1 bekannt. Diese Vorrichtung umfasst einen Ultraschallwellen emittierenden Ultraschallsender und einem Ultraschallwellen empfangenden Ultraschallempfänger. Die zu detektierenden Bögen werden in einer Nachweisebene in einer Förderrichtung gefördert. Dabei werden die Bögen im Zwischenraum zwischen dem Ultraschallsender und dem Ultraschallempfänger geführt. Je nachdem, ob zwischen dem Ultraschallsender und dem Ultraschallempfänger ein Einfachbogen oder ein Doppelbogen von den Ultraschallwellen erfasst wird, werden die Ultraschallwellen in unterschiedlicher Weise abgeschwächt. Die entsprechenden Unterschiede des Empfangssignals am Ausgang des Ultraschallempfängers werden erfasst, in dem das Empfangssignal mit einem Schwellwert verglichen wird. Dieser Schwellwert ist an die auftretenden Pegel der Empfangssignale durch einen Abgleichvorgang angepasst. Bei dem vor der Detektion der Bögen durchgeführten Abgleichvorgang wird die Höhe des Schwellwerts bei einem zwischen Ultraschallsender angeordnetem Bogen selbsttätig bestimmt.
Mit dieser Vorrichtung kann zwar eine zuverlässige Doppelbogenkontrolle von Bögen mit homogener Materialbeschaffenheit durchgeführt werden.
Nachweisprobleme treten jedoch dann auf, wenn die Bögen inhomogene Materialeigenschaften aufweisen. Dies ist insbesondere bei Papierbögen, sogenanntem Volumenpapier, der Fall. Derartige Papierbögen weisen Einschlüsse und andere Inhomogenitäten auf. Dies führt zu entsprechend starken Signalschwankungen der Empfangssignale des Ultraschallempfängers, so dass durch Bewertung dieser Empfangssignale mittels eines Schwellwerts keine sichere Unterscheidung von Einfach- und Doppelbogen mehr möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass mit dieser auch bei Inhomogenitäten von Bögen eine zuverlässige und sichere Bogenkontrolle durchführbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bogenkontrolle umfasst eine Anordnung von Ultraschallsensoren, mittels derer Bögen an unterschiedlichen Stellen erfassbar sind. Jeder Ultraschallsensor weist einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger auf. Zudem ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, in welcher zur Unterscheidung von Einfach- und Mehrfachbögen aus den Empfangssignalen der Ultraschallempfänger ein Summensignal generiert wird, welches mit wenigstens einem Schwellwert bewertet wird.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass durch den Einsatz mehrerer Ultraschallsensoren zu erfassende Bögen an mehreren, unterschiedlichen Stellen abgetastet werden. Durch die Bildung von Summensignalen der Empfangssignale dieser Ultraschallsensoren wird ein integriertes Gesamtsignal erhalten, in welchem Signalschwankungen aufgrund von Inhomogenitäten der Bögen weitestgehend herausgemittelt sind. Demzufolge kann durch eine Schwellwertbewertung dieses Summensignals eine sichere Unterscheidung von Einfach- und Mehrfachbögen auch für den Fall, dass die Bögen stark inhomogene Materialeigenschaften aufweisen, durchgeführt werden.
Damit können insbesondere auch als Volumenpapiere ausgebildete Papierbögen sicher und zuverlässig erkannt werden.
Der Schwellwert zur Bewertung des Summensignals kann im einfachsten Fall als fester Parameterwert in der Auswerteeinheit der Vorrichtung hinterlegt werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der Schwellwert in einem Abgleichvorgang selbsttätig bestimmt. Dabei wird während des Abgleichvorgangs vorzugsweise wenigstens einer der im nachfolgenden Betrieb zu detektierenden Bögen abgetastet. Damit erfolgt der Abgleich des Schwellwerts direkt auf die zu detektierenden Bögen, wodurch eine besonders genaue Einstellung des Schwellwerts gewährleistet wird, was zu einer hohen Nachweissicherheit führt.
Besonders vorteilhaft bilden die Ultraschallsensoren der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine längs einer Geraden verlaufende Anordnung, wobei diese Gerade senkrecht zu der Förderrichtung der Bögen verläuft. Dabei sind die Ultraschallsensoren vorzugsweise über die gesamte Breite der Bögen verteilt. Durch diese lineare Anordnung wird ein gemeinsamer räumlicher Bezugspunkt der Ultraschallsensoren bei der Detektion der Bögen hergestellt. Durch eine hinreichende Anzahl von Ultraschallsensoren erfolgt eine Mehrfachabtastung der Bögen, bei welcher eine weitestgehende Eliminierung von Signalschwankungen aufgrund von Inhomogentitäten der Bögen im Summensignal erzielt wird.
Besonders vorteilhaft werden die Ultraschallsensoren im Pulsbetrieb betrieben, das heißt die Ultraschallsensoren sind nur während diskreter Zeitintervalle aktiviert. Dadurch wird auf einfache Weise auch ein definierter zeitlicher Bezug der Bogendetektion mit den Ultraschallsensoren hergestellt.
Im einfachsten Fall können die Ultraschallsensoren der Vorrichtung synchron, das heißt jeweils gleichzeitig, aktiviert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden jeweils benachbarte Ultraschallsensoren zeitlich versetzt aktiviert, so dass sich diese nicht gegenseitig beeinflussen. Derartige gegenseitige Beeinflussungen können insbesondere durch Überlagerungen der von benachbarten Ultraschallsensoren emittierten Ultraschallwellen entstehen.
Vorteilhaft hierbei ist insbesondere, wenn jeweils benachbarte Ultraschallsensoren zeitversetzt, übernächste Nachbarn jedoch zeitgleich aktiviert werden. Dann werden in der linearen Anordnung die geradzahligen Ultraschallsensoren gleichzeitig aktiviert und auch die ungeradzahligen Ultraschallsensoren gleichzeitig, jedoch zeitlich versetzt zu den geradzahligen Ultraschallsensoren aktiviert. Diese Art der Ansteuerung der Ultraschallsensoren lasst sich nicht nur mit einem geringen Schaltungsaufwand realisieren. Vielmehr kann dadurch auch eine hohe Messfrequenz bei der Detektion der Bögen realisiert werden, wodurch eine hohe Nachweissicherheit bei der Bogendetektion gewährleistet ist.
Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: Perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Bogenkontrolle mit einer Anordnung von Ultraschallsensoren.
2: Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß 1.
3: Ansteuerschaltung für die Ultraschallsender der Ultraschallsensoren der Vorrichtung gemäß 1 und 2.
4: Zeitdiagramme der von den Ultraschallsensoren emittierten pulsförmigen Ultraschallwellen.
5: Erstes Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung zur Auswertung der Empfangssignale der Ultraschallsensoren der Vorrichtung gemäß den 1 und 2.
6: Zweites Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung zur Auswertung der Empfangssignale der Ultraschallsensoren der Vorrichtung gemäß den 1 und 2.
1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Aufbau einer Vorrichtung 1 zur Bogenkontrolle. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung 1 gemäß 1. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Anordnung von Ultraschallsensoren, wobei jeder Ultraschallsensor einen gerichtete Ultraschallwellen 2 emittierenden Ultraschallsender 3 und einen Ultraschallempfänger 4 zum Empfang der Ultraschallwellen 2 aufweist. Mit den Ultraschallsensoren werden Bögen 5, im vorliegenden Fall Papierbögen erfasst, welche in einer Nachweisebene verlaufend in einer mit F bezeichneten Förderrichtung gefördert werden. Die Ultraschallsensoren bilden eine längs einer Geraden verlaufende Linearanordnung, wobei die Gerade senkrecht zur Förderrichtung F verläuft. Im vorliegenden Fall weist die Vorrichtung 1 vier identisch ausgebildete Ultraschallsensoren auf, die gleichmäßig über die Breite der Bögen 5 verteilt angeordnet sind. Dabei sind die Ultraschallsender 3 in einem ersten Gehäuse 6 integriert, welches unterhalb der Nachweisebene angeordnet ist. Die Ultraschallempfänger 4 sind in einem zweiten Gehäuse 7 integriert, welches oberhalb der Nachweisebene angeordnet ist. Dabei ist jeweils ein Ultraschallsender 3 dem Ultraschallempfänger 4 eines Ultraschallsensors gegenüberliegend angeordnet. Bei Durchgang der vom Ultraschallsender 3 emittierenden Ultraschallwellen 2 durch die Bögen werden diese je nachdem, ob in der Nachweisebene ein Einfach- oder Doppelbogen angeordnet ist, unterschiedlich geschwächt. Der Anteil der die Bögen 5 durchsetzenden Ultraschallwellen 2 wird dann in den Ultraschallempfängern 4 registriert.
Wie aus 2 ersichtlich emittieren die Ultraschallsender 3 jeweils Ultraschallwellen 2 längs einer Strahlachse S, die um einen Winkel α gegenüber der Flächennormalen der Nachweisebene geneigt ist. Dadurch werden Interferenzen der Ultraschallwellen 2, die zu einer Beeinträchtigung der Nachweisempfindlichkeit führen können, weitgehend unterdrückt.
3 zeigt eine Ansteuerschaltung 8 für die Ultraschallsender 3, welche in dem Gehäuse 6 integriert ist. Die Ansteuerschaltung 8 umfasst eine Modulationseinheit mittels derer eine Frequenzmodulation der Ultraschallwellen 2 erfolgt. Durch die Frequenzmodulation der Ultraschallwellen 2 werden zusätzlich Interferenzen der Ultraschallwellen 2 bei der Bogendetektion vermieden. Die Modulationseinheit weist einen ersten Frequenzgenerator 9 auf, mittels derer eine Modulationsfrequenz f₁ generiert ist. Diesem Frequenzgenerator 9 ist eine Rampenschaltung bestehend aus einem Widerstand 10 und einem Kondensator 11 angeordnet. Mittels dieser Schaltungsanordnung werden die Ultraschallwellen 2 derart moduliert, dass diese Folgen von Rechteckpulsen mit der Modulationsfrequenz f₁ bilden. Weiterhin ist ein zweiter Frequenzgenerator 12 vorgesehen, mittels dessen den Rechteckpulsen eine Modulationsfrequenz f₂ aufgeprägt wird, die höher ist als die Modulationsfrequenz f₁.
Die Ausgangssignale der Modulationseinheit werden über ein erstes UND-Glied 13 einem ersten Fly-Back-Converter bestehend aus einer Drossel 14 und einem MOS-FET zugeführt.
Weiterhin werden über die Ausgangssignale der Modulationseinheit über einen Inverter 16 einem zweiten UND-Glied 17 zugeführt, dessen Ausgang auf einen zweiten Fly-Back-Converter geführt ist, der ebenfalls aus einer Drossel 14' und einem MOS-FET besteht.
Mit den Fly-Back-Convertern werden jeweils zwei Ultraschallsender 3 angesteuert. Dabei werden die Ultraschallsender 3 des ersten und dritten Ultraschallsensors in der Linearanordnung gemäß 1 mit dem ersten Fly-Back-Converter und die restlichen Ultraschallsender 3 und mit dem zweiten Fly-Back-Converter angesteuert.
Die Zeitdiagramme der Ultraschallwellen 2, die von den mit dieser Ansteuerschaltung 8 angesteuerten Ultraschallsendern 3 emittiert werden, sind in 4 dargestellt. Das obere Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der von dem Ultraschallsender 3 des ersten und dritten Ultraschallsensors emittierten Ultraschallwellen 2. Die Amplituden dieser Ultraschallwellen 2 sind mit A₁ bezeichnet. Das untere Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der von den Ultraschallsendern 3 des zweiten und vierten Ultraschallsensors emittierten Ultraschallwellen 2. Die Amplituden dieser Ultraschallwellen 2 sind mit A₂ bezeichnet.
Durch den dem zweiten UND-Glied 17 vorgeschalteten Inverter 16 werden die Ultraschallwellen 2 des zweiten und vierten Ultraschallsensors zeitlich versetzt zu den Ultraschallwellen 2 des ersten und dritten Ultraschallsensors emittiert.
Wie aus 4 ersichtlich werden von den Ultraschallsendern 3 des ersten und dritten Ultraschallsensors somit Rechteckpulse in den Sende-Pausen der Ultraschallsender 3 des zweiten und vierten Ultraschallsensors und umgekehrt emittiert.
Auf diese Weise ist gewährleistet, dass jeweils benachbarte Ultraschallsensoren zeitlich versetzt Ultraschallwellen 2 emittieren, jedoch übernächste Nachbarn gleichzeitig Ultraschallwellen 2 emittieren. Somit wird bei hoher Messfrequenz eine gegenseitige Beeinflussung von benachbarten Ultraschallsensoren bei der Bogendetektion vermieden.
Die an den Ausgängen der Ultraschallempfängern 4 anstehenden Empfangssignale werden in einer Auswerteeinheit ausgewertet, die im zweiten Gehäuse 7 integriert ist. Prinzipiell kann die Auswerteeinheit von einem Microcontroller integriert sein. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer analogen Auswerteschaltung 18 als Bestandteil einer Auswerteeinheit.
Die Empfangssignale der vier Ultraschallempfänger 4 werden parallel über Eingänge E₁, E₂, E₃, E₄ der Auswerteschaltung 18 zugeführt. Über Widerstände 19a–d und Kondensatoren 20a, b werden die Empfangssignale zwei Verstärkern 21a,b mit jeweils einem zugeschalteten Widerstand 22a, b zugeführt.
Diese Schaltungsanordnungen mit den Verstärkern 21a, b bilden Summierglieder, in welchen die Empfangssignale summiert werden.
Die Ausgangssignale der Verstärker 21a, b werden über jeweils eine Diode 23a, b einer Demodulationseinheit, bestehend aus Widerständen 24, 25, 26 und einem Kondensator 27 zugeführt.
Das in der Auswerteschaltung 18 gemäß 5 generierte demodulierte Summensignal der Empfangssignale wird in einer nicht dargestellten Rechnereinheit, die Bestandteil der Auswerteeinheit ist, zur Unterscheidung von Einfach- und Doppelbogen ausgewertet. Alternativ kann die weitere Auswertung in einer Analogschaltung erfolgen. Zweckmäßigerweise wird zunächst aus dem Summensignal der Mittelwert der Empfangssignale gebildet. Der so gebildete Mittelwert wird dann mit einem Schwellwert bewertet, welcher als Parameterwert in die Rechnereinheit eingelesen werden kann oder welcher in einem Abgleichvorgang vor Inbetriebnahme der Vorrichtung 1 bestimmt wird. Generell kann der Mittelwert der Empfangssignale auch mit mehreren Schwellwerten bewertet werden, um beispielsweise neben einer Unterscheidung von Einfach- und Doppelbogen auch eine Unterscheidung von Mehrfachbogen, insbesondere Dreifachbogen zu ermöglichen.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung 18 als Bestandteil der Auswerteeinheit. Auch in dieser Auswerteschaltung 18 erfolgt eine Summation der Empfangssignale der Ultraschallempfänger 4 und eine anschließende Demodulation des Summensignals.
Die Auswerteschaltung 18 weist hierzu einen Empfangsverstärker 28 auf, welchem die Empfangssignale der Ultraschallempfänger 4 zugeführt werden. Mit der an den Ausgang des Empfangsverstärkers 28 anschließenden Schaltungsanordnung bestehend aus Dioden 29, 30, Kondensatoren 31, 32 und einem Widerstand 33 erfolgt die Demodulation und Mittelwertbildung des Summensignals. Die weitere Auswertung des Mittelwerts der Empfangssignale in der Rechnereinheit der Auswerteeinheit erfolgt analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 5.

1: Vorrichtung
2: Ultraschallwelle
3: Ultraschallsender
4: Ultraschallempfänger
5: Bogen
6: Gehäuse
7: Gehäuse
8: Ansteuerschaltung
9: Frequenzgenerator
10: Widerstand
11: Kondensator
12: Frequenzgenerator
13: UND-Glied
14: Drossel
14': Drossel
15: Kondensator
15': Widerstand
16: Inverter
17: UND-Glied
18: Auswerteschaltung
19a: Widerstand
19b: Widerstand
19c: Widerstand
19d: Widerstand
20a: Kondensator
20b: Kondensator
21a: Verstärker
21b: Verstärker
22a: Widerstand
22b: Widerstand
23a: Diode
23b: Diode
24: Widerstand
25: Widerstand
26: Widerstand
27: Kondensator
28: Empfangsverstärker
29: Diode
30: Diode
31: Kondensator
32: Kondensator
33: Widerstand

Claims

Vorrichtung zur Bogenkontrolle mit einer Anordnung von Ultraschallsensoren, mittels derer Bögen (5) an unterschiedlichen Stellen erfassbar sind, wobei jeder Ultraschallsensor einen Ultraschallsender (3) und einen Ultraschallempfänger (4) aufweist, und mit einer Auswerteeinheit, in welcher zur Unterscheidung von Einfach- und Mehrfachbögen aus den Empfangssignalen der Ultraschallempfänger (4) ein Summensignal generiert wird, welches mit wenigstens einem Schwellwert bewertet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoren längs einer Geraden angeordnet sind, die senkrecht zur Förderrichtung der Bögen (5) orientiert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Ansteuerschaltung (8) aufweist, mittels derer die Ultraschallsensoren zeitlich versetzt aktivierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils nächste Nachbarn in der linearen Anordnung von Ultraschallsensoren zeitlich versetzt zueinander aktiviert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils übernächste Nachbarn in der linearen Anordnung von Ultraschallsensoren zeitgleich aktiviert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit der Mittelwert der Empfangssignale der Ultraschallempfänger (4) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert zur Bewertung des Summensignals ein in die Auswerteeinheit eingebbarer Parameter ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert in einem Abgleichvorgang während der Detektion wenigstens eines Bogens (5) selbsttätig bestimmbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsender (3) jeweils längs einer Strahlachse verlaufende Ultraschallwellen (2) emittieren, wobei die Strahlachsen der Ultraschallwellen (2) in einem Neigungswinkel zur Oberflächennormalen einer Nachweisebene, in welcher die Bögen (5) verlaufen, orientiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel im Bereich zwischen 10° und 30° liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsender (3) und der Ultraschallempfänger (4) jeweils eines Ultraschallsensors beidseits der Nachweisebene angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Modulationseinheit zur Frequenzmodulation der von den Ultraschallsendern (3) emittierten Ultraschallwellen (2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinheit einen ersten Frequenzgenerator (9) zur Generierung von Rechteckpulsfolgen mit einer Frequenz f₁ aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinheit einen zweiten Frequenzgenerator (12) zur Modulation der Rechteckpulse mit einer Frequenz f₂ aufweist, wobei die Frequenz f₂ größer ist als die Frequenz f₁.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in den Pulspausen der Rechteckpulsfolgen eines Ultraschallsensors die Rechteckpulse des zu diesem benachbarten Ultraschallsensors emittiert werden.