DE2333366B2 - Fotoelektrische Abtastvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine fotoelcktrischc Abiastvorrichtung, insbesondere für einen sich auf einem motorisch hebbaren Steigtisch einer Papierverarbeitungsmpschine befindlichen Bogenstapel und zur Steuerung des Steigtischantriebes, bei der ein reflektierter Lichtstrahl einer elektrischen Lichtquelle auf ein fotoelektrischcs Element gelenkt wird.

Das Abtasten eines Papierbogenstapels mittels eines schräg auf die Bogenebene einfallenden Lichtstrahles und eines den reflektierten Lichtstrahl auffangenden · fotoelektrischen Elements zur Bestimmung der Stapelhöhe ist an sich bekannt (»Der Polygraph« 1961. Nr. 14.

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S. 839). Auch zur Feststellung des Vorhandenseins eines Papierbogen in einer bestimmten Transpoi tbahn od. dgl. werden solche Reflexlichtschranken bereits verwendet. Bei gefärbtem oder bedrucktem Papier ist die Funktionsweise solcher Reilexliehtschranken wegen der mehr oder weniger starken Lichtabsorbtion des farbigen oder bedruckten Papiers problematisch. Auch Falzknicke und/oder die GberiiächenbefchaiTcnheit des Papiers können sich nachteilig auf die Funktionsweise solcher Vorrichtungen auswirken.

insbesondre Lei sdmellarbeiiendcn 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 Blau des Bogens und dem Anlegeorgan, sei a, ein pneumatisches oder auf dem Friktionsprinzip arbeitendes Organ, möglichst konstant gehalten wird, was bedeutet, daß ein Steigtisch vorhanden sein muß, der in sehr kleinen Intervallen nachgestellt werden kann. Die Größe b/.w. Kleinheit der Intervalle hängt aber im wesentlichen von der Schalthysterese de:' Abtastvorrichtung bzw. von deren Schaltempfindlichkeit ab.

Versuche haben ergeben, daß die an sich bekannten mechanisch-elektrischen sowie pneumatischen Tastschalter eine zu große Schalthysterese aufweisen und daß eine fotoelektrische Abtastung, bei der der Lichtstrahl direkt auf dem Papier reflektiert wird, zu sehr von der farblichen und strukturellen Oberflächenbeschaffenheit des Papiers abhängig ist.

Um insbesondere Fremdeinflüsse auf die Reflexionsabtastung zu vermeiden, wurde auch bereits vorgeschlagen (DT-AS 1189 088), als Sender eine Ultraschallquelle und als Empfänger einen Ultraschallempfänger zu benutzen. Abgesehen davon, daß solche Geräte wesentlich teurer sind als Lichtschranken, kann auch Ultraschall nicht vermeiden, daß durch unterschiedliche Absorbtionseigenschaften der bestrahlten Gegenstände unterschiedliche und somit falsche Steuerergebnisse auftreten, da dabei das Steuerkriterium in der Intensität der reflektierten Energie besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß unter Erreichung eines konstanten Reflexionsgrades weder eine unterschiedliche Beschaffenheit der Stapcloberfläche, noch unterschiedliche Absorbtions- und Reflexionseigenschaften des abzutastenden Stoffes einen Einfluß auf die Reflexionsabtastung haben können.

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

Gegenüber den bekannten Reflexionsabtastvorrichtungen hat diese erfindungsgemäße Lösung vor allem den Vorteil, daß unabhängig von allen äußeren Einflüssen und Gegebenheiten und insbesondere unabhängig von der Beschaffenheit des Materials, dessen Höhe abgetastet werden soll, jederzeit eine gleichbleibend hervorragende, annähernd verlustfreic Reflexion gewährleistet ist. die nur bezüglich ihrer Richtung von der vertikalen Lage des Tasiorgans beeinflußbar ist. Wenn Lichtquelle. Tastorgan und Empfänger in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, können auch Fremdlichteinflüsse völlig unterbunden werden. Bei der gleichbleibend sowohl qualitativ als auch quantitativ guten Rcflexionscigcnschaii der verwendeten Reflexionsflächc spielt ;iuoh das Altern der Lichtquelle nuv

■och eine vernachlässigbar kleine Rolle.

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 beiteht darin, daß das Tastorgan eine .Stahlkugel ist, deren Oberfläche ais Reflektor dioat. Wahrend als Reflektor einer Stahlkugel eine z. B. an einem Schwenkhebel drehbar gelagerte Rolle mit poliener Mantelfläche funktionell gleichzusetzen ist, hat die Stahlkugel doch den Vorteil, daß sie mit einem konstruktiv wesentlich einfacheren und deshalb kostensp;'renden Aufwand verwendbar ist, da zu ihrer Führung lediglich eine zylindrische Bohrung an einem entsprechenden Führungsteil erforderten 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 verlau- lend einen Winkel von zumindest annähernd 90° bilden.

Bei der Verwendung einer Kugel als Reflektor ist es tweckmäßig, diese in einem mit dem die Lichtquelle und das fotoelektrische Element tragenden Gehäuse ©der 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 erhöhl werden, daß die Ri hningsachse des Käfigs in der Ebene der optischen Achsen der Lichtquelle und des fotoelektrischcn Elements liegt und unter einem Winkel zwischen 90 und etwa 140° schräg zur Sleigtischebene steht.

Dabei ist die optimale Reaktionsempfindlichkeit der Anordnung dann gegeben, wenn die Führungsachsc 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 Elements eine wesentlich größere Auslenkung des Lichtstrahls beim gleichen Bewegungsweg der Kugel in Richtung der Symmetrieachse des optischen Systems erreicht, da die Kugel dabei zugleich eine seitliche Bewegung ausführt.

Wenn man dabei noch vorsieht, daß der Käfig um eine quer zur Ebene der optischen Achsen der Lichtquelle und des fotoelektrischen Elements verlaufende Achse drehbar gelagert und mittels einer Stellvorrichtung auf verschiedene Winkel zwischen seiner Führungsachse und der Steigtischebene bzw. der optischen Achsen einstellbar ist, so läßt sich die Ansprechempfindlichkeit 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 Reflcktor 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.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden an drei verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

I- i g. 1 schematisch eine Steigtischanordnung mit einer fotoelektrischen Abtastvorrichtung.

F ι g. 2 eine Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung im Schnitt,

•Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A der F i g. 2,

Fig.4 eine andere Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung im Schnitt,

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie B-B der F i g. 4,

F i g. 6 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise der fotoelektrischen Abtastvorrichtung gemäß den F i g. 4 und 5,

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform der fotoelektrischen Abtastvorrichtung in schemaiischer Darstellung.

Bei der in F i g. 1 beispielsweise dargestellten Steigtischanordnung ist die Tischplatte 1 an vertikal verlaufenden Ketten 2 aufgehängt, die in Säulen 3. 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 au)weist, jeweils das oberste Blatt in Richtung des Pfeils 9 wegtransportiert wird.

Ober dem Blattstapel befindet sich in einem Gehäuse 10 eine foloelektrische Abtastvorrichtung, die später noch näher erläutert wird. Das Gehäuse 10 ist mittels eines Tragarms 11 an einer zwischen den Säulen 3 und 4 angeordneten Schiene 12 befestigt. Das fotoelektrische Abtastsystem im Gehäuse 10 dient zur Steuerung der elektromagnetischen Kupplung des Antriebs der Ketten 2 und somit zum Nachstellen der Tischplatte 1 in Richtung des Pfeils 13 in dem Maße, in dem der Blattstapel 7 abgebaut wird.

Die fotoelektrische Abtastvorrichtung weist bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen gemäß den F i g. 2 bis 7 eine optische Lichtquelle 14 und ein fotoelektrisches Element 15 auf sowie eine Kugel 16 bzw. eine Rolle 17 (Fig. 7). 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 Fall 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 !4 bildet mit der optischen Achse 24 des fotoelektrischen Elements 15 einen Winkel λ vrn 90°. wobei die Anordnung der Lichtquelle 14 und des fotoelektrischen Elements 15 so getroffen ist, daß ihre optischen Achsen 23 und 24 symmetrisch sind zur lotrechten Mittelachse 25 der Kugel 16 bzw. der Rolle 17.

Die Gehäuse 18 und 22 sind jeweils an einem Bügel 26 bzw. 27 im Gehäuse 10 befestigt und so angeordnet, daß sich die optischen Achsen 23 und 24 der Lichtquelle 14 und des foloelektrischen Elements 15 auf der lotrechten Achse 25 an der Stelle schneiden, wo auch die Kugeloberfläche die Achse 25 schneidet, wenn die Kugel 16 eine bestimmte Lage einnimmt.

Die Kugel 16 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 2 und 3 in einer Vertikalbohrung 28 einer Bodenplatte 29 des Gehäuses 10. deren Achse mit der lotrechten Achse 25 zusammenfällt, entlang der Achse verschiebbar geführt. Damit die Kugel 16 nicht aus der Verükalbohrung 28

28 union

an ihrem unteren Ende mit einem inneren Ringbund 30 versehen. Die Anordnung des Gehäuses 10 ist dabei su getroffen, daß die Kugel 16 lose auf dem Blattstapcl 7 aufliegen kann.

Die Ausführungsform gemäß den F i g. 4 und 5 unterscheidet sich von derjenigen der F i g. 2 und 3 nur dadurch, daß die Kugel 16 nicht in einer Vertikalbohrung einer Bodenplatte, sondern in einem zylindrischen Käfig 31 geführt ist, der um eine horizontale Achse 32, die quer zur Ebene der optischen Achsen 23 und 24 der Lichtquelle 14 bzw. des fotoelektrischen Elements 15 verläuft, schwenkbar im Gehäuse 10 gelagert ist. Der Käfig 31 ist zu diesem Zweck mit Lagerzapfen 33 und 34 verbunden, wobei auf dem Lagerzapfen 34 an der Außenseite des Gehäuses 10 ein mit einem Zeiger 35 versehener Stellknopf 36 befestigt ist. Auf der Außenseite der betreffenden Gehäusewand des Gehäuses 10 ist eine Gradskala 37 angeordnet, an der die jeweilige Winkelstellung des Käfigs 31 ablesbar ist. Entsprechend der Winkelstellung des Drehknopfes 36 kann die Führungsachse 38 des Käfigs 31 und somit die Bewegungsrichtung der Kugel 16 eingestellt werden. Bei der in Fig.4 dargestellten Winkelstellung des Käfigs 31 weist die Führungsachse 38 zur Ebene des Blattstapcis 7 einen Winkel γ von 45° auf, d. h. die Führungsachse 38 steht senkrecht zur optischen Achse 23 der Lichtquelle 14.

Um das optische System im Innern des Gehäuses 10 gegen Außenlicht abzuschirmen, ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 und 5 oberhalb der Kugel 16 eine mit einer zentrischen Öffnung 39 versehene Platte

40 angeordnet.

Beim. Ausfi'hnjp.gsbcispie! femäß F i g. 7 wird statt der Kugel 16 die Rolle 17 als Reflektor verwende;. \\a bei deren Mantelfläche glattpoliert ist. Die Rolle 17 ist an einem Schwenkhebel 41 auf einem Zapfen 42 drehbar gelagert. Der Schwenkhebel 41 seinerseits ist im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7 schwenkbar an einer Wand des Gehäuses 10 um eine horizontale Achse, die quer zur Abzugsrichtung des Papiers verläuft, gelagert. In diesem Fall ist die Schwenkachse des Schwenkhebels 41 ortsfest angeordnet. Statt dessen 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 Teils, so daß die Schwenkrichtung der Rolle 17 annähernd analog zur Verstellbarkeit der Führungsachsc 38 beim Ausführungsbeispicl gemäß F i g. 4 und 5 einstellbar ist.

An Hand der Analysisfigur gemäß F i g. b soll nun die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung im Prinzip erläutert werden.

Bei der Höhe hi des Blattstapels 7 nimmt die Kugel 16 im Käfig 31 die in der ausgezogenen Linie dargestellte Lage ein. Dabei fällt die lotrec Hc Achse 25. die senkrecht auf der Blattstapelebcne steht, mit der Symmctriclinic der beiden optischen Achsen 23 und 24 zusammen, und die Oberseite der Kugel schneidet diese Symmetriclinic im Schnittpunkt der beiden optischen Achsen 23 und 24. Dadurch wird der in der optischen Achse 23 auf die Kugcloberflächc auftreffende Lichtstrahl in der optischen Achse 24 des fotoclcktrischcn Elements 15 reflektiert. Das fotoclekirischc Element 15 hat somit einen bestimmten elektrischen Zustand, der elektronisch ausgewertet /.. B. als Stopsignal für den Antrieb der Tischplatte 1 verwertet wird.

Mit dem Abbauen des Blaitstapcls 7 um das Maß :i auf die Höhe Λ2 wandert die Kugel 16 entlang der Führungsachsc 38 von der Mittelpunktslage Mo in die MU-telpunktslage Λ/2 und legt dabei eine Strecke b zurück, die größer ist als das Maß a. Die Kugclobcrllache nimmt nun die in einer strichpunktierten Linie angedeutete Lage ein. so daß der Lichtstrahl im Punkt S2 auf die Kugcloberflächc auftrifft und ein Reflexionswinkel ß2 entsteht, indem der reflektierte Lichtstrahl Ll weit am fotoelektrischcn Element 15 vorbeigeht. Es sei an dieser Stelle erwähnt, das das Maß «ι 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 Papierstärke zwischen 0.01 und etwa 0.2 bis 0.5 mm.

Wenn der Käfig 31 winkelmäßig so eingestellt wird, daß seine Führungsachsc 38 mit der Achse 25 der beiden optischen Achsen 23 und 24 zusammenfällt, so ergibt sich bei einem Abbau des Blattslapcls um das Maß a auf die Höhe /?2 ebenfalls eine Vcnikaiverschicbung der Kugel 16 um das Maß ;) von der Mittclpunktslagc Mo in die Mittelpunktslage MI. Die der Mittelpunktslagc Mi entsprechende Lage der Kugel 16 ist in gestrichelten Linien angedeutet. Es'ist dabei erkennbar, daß der Lichtstrahl Lo in dieser Lage der Kugel 16 im Punkte 51 auf die Kugeloberfläche auftrifft und dort unter einem Winkel ßi, der wesentlich kleiner ist als der Winkel ß2 reflektiert wird. Bei dem gewählten Maß von ;i geht zwar der reflektierte Strahl Li an dem fotoelektrischen Element 15 vorbei, sein Abstand von diesem ist jedoch wesentlich kleiner als derjenige des reflektierten Lichtstrahls 12.

Es lsi uaiuus i.TK^nnbar, daß die Änsprcchcmplmcllichkcit dieser Anordnung durch entsprechende Wahl des Winkels ·/ der Führungsachse 38 des Käfigs 31 erhöht b/w. verringert werden kann. Das bedeutet, daß man mit Hilfe der verstellbaren Führungsachsc 38 die Ansprechempfiiidlichkcit und Schalthysterese bzw. die Größe der Nachstellschrittbewegungen der Tischplatte 1 auf die Beschaffenheit des zu verarbeitenden Papiers einstellen kann.

Analog zu der eben geschilderten Verstellbarkeit kann auch die Ansprcchcmpfindlichkeit bzw. Schalthysicrese bei der Ausführungsform gemäß F 1 g. 7 durch die Lagenveränderung der Lagerung des Schwenkhebels 41 erreicht werden. Wenn nämlich die Lagerung des Schwenkhebels 41 näher an die optische Achse 23 herangeführt wird, ergibt sich beim Absenken der Rolle so 17 eine ähnliche seitliche Verschiebung wie bei der Schrägstellung des Käfigs 31 gemäß F i g. 4 oder b. Wenn hingegen die Lagerung des Schwenkhebels 41 in der Höhe der horizontalen Mittelachse der Rolle 17 angeordnet ist. ergibt sich lediglich eine Vertikalbewegung der Rolle 17. wie sie der Vcrtikalbewcgung dei Kugel 16 entspricht, wenn die Führungsachsc 38 mi' der Achse 25 zusammenfällt, wie das beispielsweise bc der Ausführungsform gemäß F i g. 2 der Fall ist.

Bei sämtlichen Ausführungsformen ist übriccns ec währleistct. daß die als Reflektor dienende Kugel K bzw. Rolle 17 dem abzuziehenden Blatt einen gcringei Reibungswiderstand entgegensetzt und auf Grund ihre Gewichtes, d. h. ihrer tragen Masse weder 711 Vibratio nen noch zu Schwingungen neigt, die Fchlschaltungei verursachen könnten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche: 23

1. hotv>eiektnsche Abtastvorrichtung, insbesondere- für einenrsich auf einem motoriscn hebbaren Steigtisch einer Papierverarbeitungsmaschine befindlichen Bogenstapel und zur Steuerung des Steigtischantriebs, bei der ein reflektierter Lichtstrahl einer elektrischen Lichtquelle auf ein l'otoelektrisches Element gelenkt wird, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß als Reflektor ein-höhen- und drehbeweglich auf der Stapeloberfläche aufliegendes, mit einer Spiegelfläche ausgerüstetes run des Tastorgan (16 bzw. 17) verwendet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastorgan eine Stahlkugel (16) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) und das fotoelektrische Element (15) so angeordnet sind, daß ihre optischen Achsen (23 und 24) zumindest annähemd symmetrisch zu der senkrecht auf der Stape)-oberfläche stehenden Achse (25) des Tastorgans verlaufen und einen Winkel (λ) von zumindest annähernd 90° bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (16) in einer Bodenplatte (29) eines die Lichtquelle (14) und das fotoelektrische Element (15) tragenden Gehäuses (10) bzw. in einem mit dem Gehäuse (10) verbundenen Käfig (31) entlang einer Führungsachse (25 bzw. 38) verschiebbar gelagert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsachse (38) des Käfigs (31) in der Ebene der optischen Achsen (23 und 24) der Lichtquelle (14) und des fotoelektrischen Elements (15) liegt und unter einem Winkel (γ) zwischen 90' und etwa 40° schräg zur Stapeloberfläche steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (31) um eine senkrecht zur Ebene der optischen Achsen (23 und 24) verlaufende Achse (32) drehbar gelagert und mittels einer Stellvorrichtung (35, 36) auf verschiedene Winkel (y) zwischen seiner Führungsachse (38) und der Stapelobcrfläche einstellbar ist.

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. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Schwenkhebels (41) in der Ebene der optischen Achsen (23, 24) örtlich verstellbar ist.