DE2333366A1 - Fotoelektrische abtastvorrichtung - Google Patents

Description

FRANZ NEYWEYER ^{B 49}

Patentanwalt Ne/go

7731 Marbach/Viilmgen 20.6.i973

Hofäckorstraße 20

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Mathias Bäuerle GmDH., 7742 St. Georgen/Sohvarzvald Fotoelektrische Abtastvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine fotoelektrische Abtastvorrichtung, insbesondere für einen sich auf einem motorisch hebbaren Steigtisch einer Papierverarbeitungsinas chine befindlichen Bogenstapel und zur Steuerung des Steigtischantrie^ bee, bei der ein reflektierter Lichtstrahl einer elektrischen Lichtquelle auf ein fotoelektrieches Element gelenkt wird.

Bas Abtasten eines Papierbogenstapels mittels eines schräg auf die Bogenebene einfallenden Lichtstrahles und eines den reflektierten Lichtstrahl auffangenden fotoelektrischen

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Elementes zur Bestimmung der Stapelhöhe ist an sich bekannt· Auch zur Feststellung des Vorhändenseins eines Papierbogen« in einer bestimmten Transportbahn od. dgl· werden solche Reflexlichtschranken bereits verwendet. Bei gefärbtem oder bedrucktem Papier ist die Funktionsweise solcher Reflexlichtschranken wegen der mehr oder weniger starken Lichtabsorbtion des farbigen oder bedruckten Papieres problematisch. Auch Falzknicke und/oder die Oberflächenbeschaffenheit des Papieres können sich nachteilig auf die Funktionsweise solcher Vorrichtungen auswirken. Insbesondere bei schnellarbeitenden Bogenanlegern, die zudem in der Lage sein sollen, auch sehr dünne Papiere zu verarbeiten und die jeweils das oberste Blatt eines Stapels abnehmen, kommt es darauf an, daß der Abstand zwischen dem jeweils obersten Blatt des Bogens und dem Anlegeorgan, sei es ein pneumatisches oder auf dem Friktionsprinzip arbeitendes Organ, möglichst konstant gehalten wird, was bedeutet, daß •in Steigtisch vorhanden sein muß, der in sehr kleinen Intervallen nachgestellt werden kann. Die Größe bzw. Kleinheit der Intervalle hängt aber im wesentlichen von der Schalthysterese der Abtastvorrichtung bzw. von, deren Schalt· empfindlichkeit ab.

Versuche haben ergeben, daß die an sich bekannten mechanisoh-elektrischen sowie pneumatischen Tastschalter eine zu große Schalthysterese aufweisen und daß eine fotoelektrische Abtastung, bei der der Lichtstrahl direkt auf dem

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JAL INSPECTED

Papier reflektiert wird, zu sehr von der farblichen und strukturellen Öberflächenbeschaffenheit des Papiers abhängig ist·

Aufgabe der vorliegenden Erfindung 1st es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß einerseits ein konstanter Reflexionsgrad auch bei unterschiedlicher Papierbeschaffenheit erreicht und andererseits zugleich eine Beeinträchtigung des Papierabzuges beim Anlegen der einzelnen Bogen vermieden vird.

Erreicht vird dies erfindungsgemäß dadurch, daß als Reflektor ein radial- und drehbeweglich auf der Tastfläche aufliegendes, mit einer Spiegelfläche ausgerüstetes, rundes Tastorgan verwendet wird.

Dabei besteht die Möglichkeit, das Tastorgan selbst mit der Spiegelfläche zu versehen, indem man seine Oberfläche poliert oder über dem Tastorgan einen mit diesem verbundenen Spiegel anzuordnen.

Die einfachste und vorteilhafteste Ausgestaltung besteht darin, daß das Tastorgan eine Stahlkugel ist, deren Oberfläche als Reflektor dient. Während als Reflektor einer

Stahlkugel eine .z. B. an einem Schwenkhebel drehbar gelagerte Rolle mit polierter Mantelfläche funktionell gleich-

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zusetzen ist, hat die Stahlkugel doch den Vorteil, daß sie mit einem konstruktiv wesentlich einfacheren und deshalb kostensparenderen Aufwand verwendbar ist, da zu ihrer Führung lediglich eine zylindrische Bohrung an einem entsprechenden Führungsteil erforderlich ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Lichtquelle und das fotoelektrische Element so anzuordnen, daß ihre optischen Achsen zumindest annähernd symmetrisch zu der senkrecht auf der Steigtischebene stehenden Mittelachse des Tastorgans verlaufend einen Winkel von zumindest annähernd 90° bilden.

Bei der Verwendung einer Kugel als Reflektor ist es zweckmäßig, diese in einem mit dem die Lichtquelle und das fotoelektrische Element tragenden Gehäuse oder Gestell verbundenen Käfig entlang einer Führungsachse verschiebbar zu lagern, um sicherzustellen, daß die radiale Bewegung des Reflektors d.h. der Kugel nur in einer bestimmten Achsrichtung und somit die Reflexion des Lichtstrahles immer in der gleichen Ebene erfolgen kann.

Die Ansprechempfindlichkeit der Anordnung kann noch wesentlich dadurch erhöht werden, daß die Führungsachse des Käfigs in der Ebene der optischen Achsen der Lichtquelle und des

fotoelektrischen, Elements liegt und unter einem Winkel zwischen 90° und etwa 140° schräg zur Steigtischebene steht·

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Datei ist die optimale Reactionsempfindlicheit der Anordnung dann gegeben» wenn die Führungsachse des Käfigs mit der optischen Achse der Lichtquelle einen Winkel von 90° bildet. Durch die Schrägstellung der Führungsachse wird nämlich "bei der gegebenen Anordnung der Lichtquelle und des fotoelektrischen Elementes eine wesentlich größere Auslenkung des Lichtstrahles beim gleichen Bewegungsweg der Kugel in Richtung der Symmetrieachse des optischen Systems erreicht, da die Kugel dabei zugleich eine seitliche Bewegung ausführt·

Venn man dabei noch vorsieht, daß der Käfig um eine quer zur Ebene der optischen Achsen der Lichtquelle und des fotoelektrischen Elementes verlaufende Achse drehbar gelagert und mittels einer Stellvorrichtung auf verschiedene Winkel zwischen seiner Führungsachse und der Steigtischebene bzw. der optischen Achsen einstellbar ist, so laut sich die Ansprechompfindlichkeit der Anordnung variieren und z. B. auf die jeweils zu verarbeitende Papierbeschaffenheit einjustieren. Dies läßt sich zumindest in gewissem Umfange aber auch bei der Verwendung einer Rolle als Reflektor erreichen, dadurch nämlich, daß man den die Rolle führenden Schwenkhebel an einem um die Drehachse der Rolle einstellbaren Teil befestigt, so daß die Schwenkachse der Rolle und somit die Bewegungsrichtung der Rolle in bezug auf den einfallenden Lichtstrahl, d.h· auf die optische Achse der Lichtquelle,verschieden einstellbar ist·

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OFuGiiV-Λ. INSPECTED

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung ist folgenden an drei verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert· Es zeigt}

Fig. 1 schematisch eine Steigtischanordnung mit einer fotoelektrischen Abtastvorrichtung nach der Erfindung, Fig· 2 eine Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung im Schnitt,

Fig· 5 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig· 2, Fig. 4 eine andere Ausführungsfona der optischen Abtastvorrichtung im Schnitt»

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 4, . Fig. 6 eine schenatische Darstellung der Wirkungsweise der fotoelektrischen Abtastvorrichtung gemäß den Fig· 4 und 51

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der fotoelektrischen Abtastvorrichtung in schematischer Darstellung.

Bei der in Fig. 1 beispielsweise dargestellten Steigtischanordnung ist die Tischplatte 1 an vertikal verlaufenden Ketten 2 aufgehängt, die in Säulen 3_f 4 und 5 geführt sind und gemeinsam von einem Elektromotor 6 über eine nicht dargestellte elektromagnetische Kupplung in kleinen Schritten antreibbar sind« Auf der Tischplatte 1 sitzt ein Blattstapel 7, von dem mittels einer pneumatischen Anlegevorrichtung, die eine Saugwalze 8 aufweist ₉ jeweils das oberste Blatt In Richtung des Pfeiles 9 wegtransportiert wird.

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ORfGlWAL !NSPECTED

Über dem Blattstapel befindet sich in einem Gehäuse iO eine fotoelektrische Abtastvorrichtung_f die später noch näher erläutert wird. Das Gehäuse 10 ist mittels eines Tragarmes 11 an einer zwischen den Säulen 3 und 4 angeordneten Schiene 12 Befestigt· Das fotoelektrlsche Abtastsystem im Gehäuse 10 dient zur Steuerung der elektromagnetischen Kupplung des Antriebs der Ketten 2 und somit zum Nachstellen der Tischplatte in Richtung des Pfeiles 13 in dem Maße, in dem der Blattstapel 7 abgebaut wird.

Die fotoelektrische Abtastvorrichtung weist bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2 bis 7 eine optische Lichtquelle 14 und ein fotoelektrisches Element 15 auf sowie eine Kugel 16 bzw. eine Rolle 17 (Fig· 7)ι die als Reflektor dienen· Die Lichtquelle 14 besitzt in einem Gehäuse 18 eine Glühbirne 19 sowie eine Lochblende 20 sowie eine Fokusierlinse 21« die aber nicht in jedem Falle erforderlich ist. Das fotoelektrische Element 15 besteht aus einem Fototransistor oder aus einer Fotodiode, die ebenfalls in einem Gehäuse 22 untergebracht ist. Die optische Achse 23 der Lichtquelle 14 bildet mit der optischen Achse 24 des fotoelektrischen Elementes 15 einen Vinkel OC von 90°, wobei die Anordnung der Lichtquelle 14 und des fotoelektrischen Elementes 15 so getroffen ist, daß ihre optischen Achsen 23 und 24 symmetrisch sind zur lotrechten Hittelachse 25 der Kugel 16 bzw» der Rolle 17·

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ORIGINAL SNSPEGTED

Die Gehäuse 18 und 22 sind jeweils an einem Bügel 26 bzw. 27 im Gehäuse 10 befestigt und so angeordnet, daß sich dio optischen Achsen 23 und 2k der Lichtquelle Ik und des fotoelelctriöchen Elementes 15 auf der lotrechten Achse 25 an der Stelle schneiden, wo auch die Kuge!oberfläche die Achse 25 schneidet» venn die Kugel 16 eine bestimmte Lage einnimmt.

Bio Kugel i(> ist Vcim Ausfiilirungslieispiel gemäß den Fig. 2 und 5 in einer Yertikalbohrung 28« einor Bodenplatte 29 dos Gehäuses 10, deren Achse mit der lot ι cc Men Achse 2.5 zusammenfällt, seitlich entlang der Achse 25 aber verschiebbar geführt· Damit die Kugel 1G nicht «us der Vertikalbohrung 28 unten herausfallen kann, ist eliese an ihrem unteren Ende mit einen inneren Hingbund 30 versehen« Die Anordnung des Gehäuses 10 ist dabei so getroffen, daß die Kugel 16 lose auf dem Blattstapel 7 aufliegen kann.

Die Ausfiüirungsform gemäß den Fig· 4 und 5 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 2 und 3 n«i dadurch, daß die Kugel 16 nicht in einer Vertikalbohrung einer Bodenplatte sondern in einem zylindrischen Käfig 31 geführt ist, das um eine horizontale Aohse 32, die quer zur Ebene der optischen Achsen 23 und 2k der Lichtquelle 14 bzw. des foto- .^

λ elektrischen Elementes 15 verläuft, schwenkbar im Genauee ^

10 gelagert ist* Der Käfig 31 i*t zu diesem Zweck mit La- ^_v

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gorzapfen 33 und 34 verbunden, wobei auf dem Lagerzapfen

34 an der Außenseite des Gehäuses iO ein mit einem Zeiger

35 versehener Stellknopf 36 befestigt ist. Auf der Außenseite der betreffenden Gehäusewand des Gehäuses 10 ist eine Gradskala 37 angeordnet _t an der die jeweilige Winkelstellung des Käfigs 3i ablesbar ist. Entsprechend der Winkelstellung des Drehknopfes 36 kann die Führungsachse 38 des Käfigs und somit die Bewegungsrichtung der Kugel 16 eingestellt worden. Bei der in Fig. 4 dargestellten Winkelstellung des KUfige 31 weist die Führungsachse 38 zur Ebene des Blattstapels 7 einen Winkel 3* von 45° auf, d.h. die Führungsachse 33 steht senkrecht zur optischen Achse 23 der Lichtquelle 14.

TJm das optische System im Innern des Gehäuses 10 gegen Außenlioht abzuschirmen, ist beim Ausführungsbeispiel ge-'maß Fig. 4 und 5 oberhalb der Kugel 16 eine mit einer zentri-Bclien öffnung 39 versehene Platte 40 angeordnet.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 wird statt der Kugel 16 die Holle 17 als Reflektor verwendet, wobei deren Hantelfläche glattpoliert ist. Die Rolle 17 ist an einem Schwenkhebel 4i auf einem Zapfen 42 drehbar gelagert* Der Schwenkhebel 41 seinerseits im im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 schwenkbar an einer Wand des Gehäuses 10 um

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eine horizontale Achse, die quer zur Abzugsrichtung des Papieres verläuft, gelagert, Xn diesem Falle ist die Schwenkachse des Schwenkhebels 41 ortsfest angeordnet. Stattdessen ist es aber auch denkbar, die Lagerung des Schwenkhebels 41 örtlich variabel anzuordnen, und zwar vorzugsweise an einem mittels eines Stellknopfes um eine zur Drehachse der Rolle 17 parallele Achse verstellbaren Teiles, so daß die Schirenkrichtung der Rolle 17 annähernd analog zur Verstellbarfceit der Führungsachse 38 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig* 4 und 5 einstellbar ist.

Anhand der Analysisfigur gemäß Fig. 6 soll nun die Funktionswelse der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung im Prinzip erläutert werden.

Bei der Höhe hl des Blattstapels 7 nimmt die Kugel 16 im Käfig 31 die in der ausgezogenen Linie dargestellte Lage ein. Dabei fällt die lotrechte Kugelmittelachse 25, die senkrecht auf der Blattstapelebene steht, mit der Symmetrielinie der beiden optischen Achsen 23 und 24 zusammen, und die Oberseite der Kugel schneidet diese Symmetrielinie im Schnittpunkt der beiden optischen Achsen 23 und 24. Dadurch wird der in der optischen Achse 23 auf die Kugeloberfläche auf treffende Lichtstrahl in der optischen Achse 24 des fotoelektrischen Elementes 15 reflektiert. Das fotoelektrische Element 15 hat somit einen bestimmten elektrischen Zustand, der elektronisch ausgewertet z. B. als Stopslgnal

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fttr den Antrieb der Tischplatte 1 verwertet wird.

Mit den Abbauen des Blattstapeis 7 um das Maß a auf die Höhe Ii2 vcndert die Kugel 16 entlang der Führungsachse 38 von der Mittelpunktslage HO in die Mittelpunktslage M2 und legt dabei eine Strecke b zurück, die grüßer ist, als das Maß JL· Die Kugeloberfl&che nimmt nun die in einer strichpunktierten Linie angedeutete Lage ein, so daß der Lichtstrahl im Punkt S2 auf die Kugeloberfläche auftrifft und ein lief lezionsv;inkel ρ 2 entsteht, indem der reflektierte Lichtstrahl L2 veit am fotoelektrischen Element 15 vorbeigeht· Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß das Maß _a in der Fig. 6 nur aus Gründen der übersichtlichen Darstellung so groß gewählt wurde« In Wirklichkeit beträgt das Maß a__ je nach Auslegung bzw. Einstellung und Fapieistarke zwischen 0,01 und etwa 0,2 bis 0,5 mm«

Venn der Käfig 31 winkelmäßig so eingestellt wird, daß seine Führungsachse 38 mit der Symmetrielinie 25 der beiden optischen Achsen 23 und 2h zusammenfällt, so ergibt sich bei einem Abbau des Blattstapels um das Maß ji auf die Höhe h2 ebenfalls eine Vertikalverschiebung der Kugel 16 um das Maß_a_von der Mittelpunktslage MO in die Mittelpunktslage Ml. Die der Mittelpunktslage Ml entsprechende Lage der Kugel 16 ist in gestrichelten Linien angedeutet. Ee ist dabei erkennbar, daß der Lichtstrahl LO in dieser Lage der Kugel 16 im Punkte Si auf die Kugeloberflache auftrifft und dort

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unter einen Winkel β I₉ der wesentlich kleiner ist als der Winkel f$2 reflektiert wird. Bei dem gewählten Maß von a geht zwar dor reflektierte Strahl Ll an den fotoelektrischen Elonent 15 vorbei, sein Abstand von diesen ist jedoch wesentlich kleiner als derjenige des reflektierten Lichtstrahles L2.

Es 1st daraus erkennbar, daß die Ansprechexapf indlichkeit dieser Anordnung durch entsprechende Wahl des Winkels ^° dar Führuntfsaclise 38 des Käfigs 31 erhöht bzw, verringert werden kann. Das bedeutet, daß man mit Hilfe der verstellbaren Führungsachse 58 die Ansprechenpfindlichkeit und Schalthysterese bzw. die Größe der Nachstellschrittbewegungen der Tischplatte i auf die Beschaffenheit des zu verarbeitenden Fapieres einstellen kann·

Analog zu der eben geschilderten Verstellbarkeit kann auch die Ansprechetapf indlichkeit bzw. Schalthysterese bei der Ausführungsform gemä3 Fig. 7 durch die Lagenveränderung der Lagerung des Schwenkhebels 41 erreicht werden· Venn nämlich die Lagerung des Schwenkhebels 41 näher an die optische Achse 23 herangeführt wird, ergibt sich beim Absenken der Rolle 17 eine ähnliche seitliche Verschiebung wie bei der Schrägstellung des Käfigs 31 gemäß Fig. 4 oder 6. Wenn hingegen die Lagerung des Schwenkhebels 41 in der Höhe der horizontalen Mittelachse der Solle 17 angeordnet ist,

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ergibt sich lediglich eine Vertikalbewegung der Bolle 17§ wie sie der Vertikalbewegung der Kugel 16 entspricht, wenn die Führungsachse 38 mit der Symaetrielinie 25 zusammenfällt, vie das "beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 der Fall ist·

Bei sämtlichen Ausführungsformen ist übrigens gewährleistet, daß die als Reflektor dienende Kugel 16 bzw. Rolle 17 dem abzuziehenden Blatt einen geringen Reibungswiderstand entgegensetzt und aufgrund ihres Gewichtes, d.h. ihrer trägen Masse weder zu Vibrationen noch zu Schwingungen neigt, die Fehlschaltungen verursachen kannten.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   i_# Fotoelektrisch Abiastvorrichtung, insbesondere für einen sich auf einom notorisch hebbaren Steigtisch einer Papierverarbcitimssraaschino befindlichen Bogenstapel und zur Steuerung des SiGigtise3h.antrl.ebes, bei der ein reflektierter Lichtstrahl einer elektrischen Lichtquelle auf ein fotoelektrisolie3 Element gelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektor ein radial- und drehbeweglich auf der Taetflache aufliegendes, mit einer Spiegelfläche ausgerüstetes rundes Tastorgan (16 bzw· 17) verwendet wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastorgan eine Stahlkugel ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i und 2_f dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) und das fotoelektrische Element . (l5) so angeordnet sind, daß ihre optischen Achsen (23 und 2k) zumindest annähernd symmetrisch zu der senkrecht auf der Steigtischebene stehenden Mittelachse (25) des Tast organe s verlaufend einen Winkel (oL) von zumindest annähernd 90° bilden.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (i6) in einem mit dem die Lichtquelle (lh)

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   und das fotoelektrische Element (15) tragenden Gehäuse (iO) oder Gestell verbundenen Käfig (29 bzw. 31) entlang einer Führungsachse (25 bzw. 38) verschiebbar gelagert ist·
5. 5· Vorrichtung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsachse (38) des Käfigs (31) in der Ebene der optischen Achsen (23 und 2Ji) der Lichtquelle (14) und dos fotoelektrischen Elementes (15) liegt und unter einem Winkel (#-)zwischen 90° und 6twa 140° schräg zur Steigtischebene steht.
6. 6» Vorrichtung nach Anspruch 1 und 51 dadurch gekennzeichnet, daß der KUfig (31) us eine quer zur Ebene der optischen Achsen (23 und 24) verlaufende Achse (32) drehbar gelagert und mittels einer Stellvorrichtung (35, 36) auf verschiedene Winkel (^T) zwischen seiner Führungsachse (38) und der Steigtischebene bzw. der optischen Achsen (23 bzw. 24) einstellbar ist·
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Tastorgan eine an einem Schwenkhebel (41) drehbar gelagerte Rolle (17) verwendet wird, deren Mantelfläche als Reflektor dient.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch i und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Schwenkhebels (4i) in der Ebene der optischen Achsen (23, 24) örtlich verstellbar ist.