DE2333366C3 - Fotoelektrische Abtastvorrichtung - Google Patents
Fotoelektrische AbtastvorrichtungInfo
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Description
55
Die Erfindung betrifft eine fotoelektrische Abtastvorrichtung, insbesondere für einen sich auf einem motorisch
hebbaren Steigtisch einer Papierverarbeitungsmaschine befindlichen Bogenstapel und zur Steuerung
des Steigtischantriebes, bei der ein reflektierter Lichtstrahl einer elektrischen Lichtquelle auf ein fotoelektrisches
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,
S. 839). Auch zur Feststellung des Vorhandenseins eines Papierbogens 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 Papiers problematisch. Auch Falzknicke und/oder die Oberflächenbeschaffenheit
des Papiers 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 der.i 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 ein Steigtisch vorhanden sein muß, der in sehr kleinen Intervallen
nachgestellt werden kann. Die Größe bzw. Kleinheil der Intervalle hängt aber im wesentlichen
von der Schalthysterese der Abtastvorrichtung bzw. von deren Schaltempfindlichkeit ab.
Versuche haben ergeben, daß die an sich bekannten mechr.nisch-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 11 89 088), 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 \rt mit einfachen
Mitteln so zu verbessern, daß unter Erreichung eines konstanten Reflexionsgrades weder eine unterschiedliche
Beschaffenheit der Stapeioberfläche, 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 Slapeloberfläche
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 verlustfreie Reflexion gewährleistet ist, die nur bezüglich ihrer Richtung von der vertikalen
Lage des Tastorgans 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 Reflexionseigenschaft der verwendeten Reflexionsfläche
spielt auch das Altern der Lichtquelle nur
noch eine vernachlässigbar kleine Rolle.
Dabei besteht die Möglichkeit, das Tastorgan selbst mit der Spiegelfläche zu versehen, indtm man seine
Oberfläche poliert, oder über dem Tsslorgan einen mit
diesem verbundenen Spiegel anzuordnen.
Die einfachste und vorteilhafteste Ausgestaltung besteht
darin, daß das Tastorgan eine Stahlkugel Lt, deren
Oberfläche als Reflektor dient. Während als Reflektor eine.· Stahlkugel eine z. B. an einem Schwenkhebel
drehbar gelagerte Rolle mit polierter Mantelfläche funktionell gleichzusetzen ist, hai die Stahlkugel doch
den Vorteil, daß sie mit einem konstruktiv wesentlich einfacheren und deshalb kostensparenden Aufwand
verwendbar ist, da zu ihrer Führung lediglich eine zylindrische Bohrung an einem entsprechenden Führungsteil
erforderlich ist.
In weiterer Ausbildung der Erfindung <r,i 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, d.iß 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.
Dabei ist die optimale Reaktionsempfindlichkeit 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 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 au führt.
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 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.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden an drei verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden an drei verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
P i g. 1 schematisch eine Steigtischanordnung mit einer fotoclcktrischen Abtastvorrichtung, ■
F i g. 2 eine Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung im Schnitt,
Fig.3 einen Schnitt entlang der Linie A-A der
F i g. 2,
F i g. 4 eine andere Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung im Schnitt.
Fig.5 einen Schnitt entlang der Linie B-B der
F ig. 4,
F i g. 6 eine schematische Darstellung der Wirkungsw
eise der fotoelektrischen Abtastvorrichtung gemäß den F i g. 4 und 5,
F i g. 7 eine weitere Ausführungsform der fotoelektrischen Abtastvorrichtung in schematischer 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 Tisch- ?.5 platte 1 sitzt ein Blattstapel 7, von dem mittels einer
pneumatischen Aniegevorrichtung, die eine Saugwalze 8 aufweist, jeweils das oberste Blatt in Richtung des
Pfeils 9 wegtransportiert wird.
Über dem Blattstapel befindet sich in einem Gehäuse 10 eine fotoelektrische Abtastvorrichtung, die später
noch näher erläutert wird. Das Gehäuse 10 ist mhtels
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
(F i g. 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 r>cht 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 14 bildet mit der optischen Achse 24 des
foloelektrischen Elements 15 einen Winkel λ yon 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 fotoelektrischen 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 Bo-65
denplatte 29 des Gehäuses 10, deren Achse mit der lotrechten Achse 25 zusammenfällt, entlang der Achse
verschiebbar geführt. Damit die Kugel 16 nicht aus der Vertikalbohrung 28 unten herausfallen kann, ist diese
an ihrem unteren Ende mit einem inneren Ringbund 30 versehen. Die Anordnung des Gehäuses 10 ist dabei so
getroffen, daß die Kugel 16 lose auf dein Blattstapel 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 Veriikalbohrung
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 Blatlstapels 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 F i g. 4 und 5 oberhalb der Kugel 16
eine mit einer zentrischen Öffnung 39 versehene Platte
40 angeordnet.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7 wird statt der Kugel 16 die Rolle 17 als Reflektor verwendet, wobei
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 Führungsachse 38 beim
Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 und 5 einstellbar ist.
An Hand der Analysisfigur gemäß F i g. 6 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 lotrechte Achse 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 auftreffende Lichtstrahl in der optischen Achse 24 des fotoelektrischen
Elements 15 reflektiert. Das fotoelektrische Element 15 hat somit einen bestimmten elektrischen Zustand, der
elektronisch ausgewertet z. B. als Stopsignai für den Antrieb der Tischplatte 1 verwertet wird.
Mit dem Abbauen des BlaltsUipcls 7 um das Maß a
auf die Höhe hl wandert die Kugel 16 entlang der Fiihrungsachse 38 von der Mittelpunktslagc Mo in d\i Mittelpunktslage
Ml und legt dabei eine Strecke b zurück, die größer ist als das Maß ,/. Die Kugeloberfläche
nimmt nun die in einer strichpunktierten Linie angedeutete Lage ein, so daß der Lichtstrahl im Punkt 52
auf die Kugeloberfläche auftrifft und ein Reflexionswinkel ß2 entsteht, indem der reflektierte Lichtstrahl
Ll weit am fotoelektrischen Element 15 vorbeigeht. Es sei an dieser Stelle erwähnt, das das Maß n in der
Fig.6 nur aus Gründen der übersichtlichen Darstellung
so groß gewählt wurde. In Wirklichkeit beträgt das Maß :i 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 Führungsachse 38 mit der Achse 25 der beiden
optischen Achsen 23 und 24 zusammenfällt, so crgibt sich bei einem Abbau des Blattstapels um das Maß
a auf die Höhe hl ebenfalls eine Vertikalverschiebung der Kugel 16 um das Maß α von der Mittelpunklslage
Mo in die Mittelpunktslage AfI. Die der Mittelpunktslage
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 Sl 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 a 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 L2.
Es ist daraus erkennbar, daß die Ansprechempfind-
lichkeit dieser Anordnung durch entsprechende Wahl des Winkels γ der Führungsachse 38 des Käfigs 31 erhöht
bzw. verringert werden kann. Das bedeutet, daß man mit Hilfe der verstellbaren Führungsachse 38 diü
Ansprechempfindlichkeit 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 Ansprechempfindlichkeit bzw. Schalthysterese
bei der Ausführungsform gemäß F i 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 17 eine ähnliche seitliche Verschiebung wie bei der
Schrägstellung des Käfigs 31 gemäß F i g. 4 oder 6. 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 Vertikalbewegung der Kugel 16 entspricht, wenn die Führungsachse 38 mit
der Achse 25 zusammenfällt, wie das beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 der Fall ist.
Bei sämtlichen Ausführungsformen ist übrigens ge-
währleistet, daß die als Reflektor dienende Kugel 16 bzw. Rolle 17 dem abzuziehenden Blatt einen geringen
Reibungswiderstand entgegensetzt und auf Grund ihres Gewichtes, d. h. ihrer trägen Masse weder zu Vibrationen
noch zu Schwingungen neigt, die Fehlschaltungen verursachen könnten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Fotoelektrische Abtastvorrichtung, insbesondere für einen sich auf einem motorisch hebbaren
Steigtisch einer Papierverarbeitungsmaschine befindlichen Bogenstapel und zur Steuerung des
Steigtischantriebs, bei der ein reflektierter Lichtstrahl einer elektrischen Lichtquelle auf ein fotoelektrisches
Element gelenkt wird, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß als Reflektor ein höhen-
und drehbeweglich auf der Stapeloberfläche aufliegendes, mit einer Spiegelfläche ausgerüstetes rundes
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 Stapeloberfläche 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 (γ) zwischen seiner Führungsachse (38) und der Stapeloberfläche
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.
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