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Photoelcktrische Verrichtung zur Seitenkantenregelung einer laufenden
Materialbahn Die Erfindung betrifft eine photoelektrl sehe Vorrichtung zur Seitenkantenregelung
einer laufenden Materi alhahn, insbesondere für unterschiedlich transparentes Material,
bei der wenigstens eine Lichtschranke so angeordnet ist, daß das Lichtbiindel teilweise
auf die Saitenkante fällt und anschließend auf einen photoelektrischen Etnpfanger
gelangt, dessen Ausgangssignal einer Vergleichsschaltung zur Bildung ei.nes Regelsignals
ziir Sei.tenfiihrung der Materi alhahn zugefijllrt wird.
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Eine solche lrorrichtung hat den Zweck, bei Maschinen, die von der
Rolle arbeiten oder auf Rollen wickeln, eine genane Bahnführung zu gewährleisten.
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Es ist bekannt, zur Seitenkantenregelung zwei Lichtschranken derart
anzuordnen (ARG Photoelektronik, 1973/74, Seite 46), daß ein Lichtbündel vollständig
auf die Bahn und das andere neben die Bahnkante fällt. Wandert die Bahnkante aus
dieser Sollage aus, indem einmal beide Lichtbündel von der Bahnkante
überdeckt,
zum anderen von der Rahnkante freigegeben werden, so wird ein Differenzsignal erzeugt,
daß über Regelorgane eine Rückführung der Bahnkante in die Solllage bewirkt, Die
Genauigkeit dieser Anordnung bängt vom Abstand der beiden Lichtbündel ah, der ein
bestimmtes Mindestmaß nicht unterschreiten kann.
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Eine Anordnung mit wesentlich höherer Ansprechempfindlichkeit arbeitet
nach den Tnten sitatsverfahren (AEG-Photoelektrenik 1973/74, Seite 47), bei der
nur eine Lichtschranke verwendet wird, Die Kante der zu re@elnden Materialbahn verdeckt
in der Sollage das Iictthündel ziir Hälfte e Das durch die Auswanderung der bahnkante
hervorgerufene ni fferenzsignal wird wiederum zur Sei -tenkantenregelung herangezogen.
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Die beiden genannten Anordnungen eignen sich zur Seitenkantenregelung
von weitgehend undurchsichtigen Materielien.
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Weiterhin ist eine Anordnung hekannt (DT-AS i4 99 1l6), bei der von
zwei aiis einer gemeinsamen Lampe stammenden Lichtbündeln eines von der Seitenkante
in der Sollage halbiert wird und das andere vollständig aiif der Mate -rialbahn
liegt. Die Beeinflussung des Strahlengangs der beiden Lichtbündel durch die Materialbahn
wird mittels zweier Lichtdetektoren festgestellt, deren Ausgangssignale einer Vergleichsschaltung
zur Bildung eines Regel signals zur
Seitenfäbrung der Materialbahn
zugeführt werden, Die beiden Detekteren sind so angeerdnet, daß sie jeweils den
von der materislbahn reflektierten Lichtanteil der Lichtbündel feststellen, wobei
das von der Bahnkante halhierte Lichthündel eine höhere Leuchtdichte als das andere
aufweist.
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diese Anordnung vermag zwar die durch die Transparenz des Materials
hedingte Nullpunktveränderung zu her2cksichtigen nicht aber jedoch die durch die
Transparenz bewirkte Stei -gungsäuderung der Regelkennlipie. Da mit steigender transparenz
des Materials die Steigung der Regelkennlind e ahnimmt iind zudem hei dieser Anordnung
nlxr der von der Materialbahn reflektierte Lichtanteil zur Regelung der Bahnkante
herangezegen wird, kann es bei höhentransparenten Materialien zu erhehlichen Regelfchleun
hommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pbetoclektrische Vorrichtung
zur Seitenkantenregelung einer laufenden Materialbahn zu erstellen, die unahbängig
von der Oberflächenbeschaffenheit und Lichtdurchlässigkeit der Materialbahn bei
gleicher Auslenkung dr?r flninkante ein n gleich großes Ansgangssi gnal 1 ergibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Lichtbündel
einer ersten Lichtschranke von der Seitenkante der Materialbahn teilweise abgedeckt
wird, daß eine zweite lichtschranke mit einem geteilten Strahlengang so angeordnet
ist, daß das eine Teilbündel auf die Materialbahn und das andere Teilbiindel nicht
auf die Materialhahn fällt, daß das Lichtbündel der ersten Lichtschranke auf einen
ersten pbotoelektrischen Empfänger und die beiden geteilten Lichtbündel der zweiten
Lichtschranke auf einen zweiten photoelektrischen Empfänger gelangen, daß das Ausgangssignal
des ersten photoelcktrischen Empfängers dem Dividendeneingang eines Dividierers
und das Ausgangssignal
des zweiten photoelektrischen Empfängers
dem inverti erenden Eingang eines n; fferenzverstärkers zugeführt werden 1 dessen
nichtinverti erender Eingang mit einem konstanten Signal heaufschlagt ist, und daß
der Ausgang des Di fferenzverstärkers an den Divisorei.ngang des Divi dierers angeschlossen
ist.
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Die mit der Erfindung erzi.eltenVorteile bestehen insbesondere darin,
daß mit nur einer zusätzlichen Lichtschranke neben der Meßlichtschranke auf einfache
Weise eine Transparenzkorrektur gewährleistet ist, sa daß die mit zunehmender Transparenz
der Materialbahn abnehmende Steigung der Regelkennlinie vermieden wird. Damit wird
unabhängig vom jeweiligen Material eim gleichbleibend hohe Regelgenauigkeit erzielt.
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In einer vorteilhaften Ausbildung dieser Maßnahmen wird mittels eines
weiteren Differenzverstärkers die durch die Transparcnz des Materials hervorgerufene
Nullpunktver schiebung der flegelkennlinle korrigiert. Somit ist neben einer Transparenzkorrektur
auch eine Nullpunktkorrektur gewährl eistet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Lichtschranken
als Reflex-Lichtschranken ausgebi.ldet, wobei vorzugsweise Tripelspiegel vorgesehen
sind. Diese Maßnahme hat den weiteren Vorteil, daß ein Flattern der bewegten Materialbahn
auf die Messung einen wesentlich geringeren Einfluß hat.
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Ein Ausfiihringsbeispi el der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Lichtschrankenanordnung,
Fig. 2 eine zweite Lichtschrankenanordnung, Fig. 3 eine Seitenkante der Materialbahn
mit den abgebildeten Lichtbündeln,
Fir. 4 eine Meßschaltung, Fig.
4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Nullpunktkorrektur und Fig. h ein Diagramm
zoir Ve.ranscha1ii i choing der Transparenzkorrektur bezüglich einer Regelkennlinie.
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Ene Seitenkante 3 einer Materialbahn l (Fig. i) deckt ein aoos einer
Lampe 5 stammendes, durch eine Sammellinse 6 parallel.
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gemachtes Lichtbündel einer ersten Lichtschranke 1 tei.lweise ah.
Das Lichtgbündel wird durch verzugsweise einen Tripel spiegel 7 7 auf demselben
Wege zurückgewerfen und gelangt ueber einen halbdurchlässigen Spiegel 8 auf ei.nen
ersten photoelektrischen Empfänger 9. Eine zweite ldchtschranke 2 (Fig. 2) erzeugt
mit einer Lampe 10, einer Sammellinse 11 und einem Strahlungsteiler 12 einen geteilten
Strahlengang und ist so angeordnet, daß das eine Teilbiindel durch die Materialbahn
4 und das andere neben die Materialbahn 4 fällt. Vorzugsweise zwei Tripelsp@egel
15 werfen die beiden Teil bündel in sich zurück und leber einen weiteren halhdurchlässigen
Spiegel 16 auf einen zweiten photoelektrischen Empfänger 17.
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Die Fig. 3 zeigt die in die Ebene der Materialbahn 4 projizierten
Lichtbündel der beiden Lichtschranken 1, 2.
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Die Transparenz T eines Materials hat den Wert 1 bei völlig durchsichtigem
und den Wert O bei völlig undurchsichtigem Material. Normiert man die Intensitäten
der beiden Lichtschranken. 1, 2 jeweils auf den Wert 1, so besitzt die in der Soll-oder
Nullpunktlage der Materialbahn 4 von der Seitenkante 3 nicht abgedeckte Lichtbündelhälfte
der Lichtschranke 1 den Wert 1/2 und di abgedeckte Hälfte den Wert T/2. Dementsprechend
hat das neben die Bahnkante 3 fallende Teilbiindel der Lichtschranke 2 den Wert
1/2 und das auf die Materialbahn 4 fallende den Wert T/2.
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Die Fig. 4 zeigt den Schaltungsaufbau zur Regelung der Seitenkante
3. Nach dem oben Gesagten wird der nhotoelektrische Empfänger 9 mit der Lichtintensität
1/2 + T/2 (T' = T in der Sollage) und der photoelektrische Empfänger 1 T 17 mit
,) + 2 beaufschlagt. Da die elektrischen Ausgangsgroßen der photoelektrischen Empfänger
9, 17 den Lichtintensitäter proportional sind, werden die bislang benntzten Intensitätswerte
der Einfachheit halber beibehalten. Der photoelektri sehe Empfänger 9 i st über
einen Eingangs widerstund zur mit dem invertierenden Eingang ei.nes Differenzverstärkers
19 und der photoelektrische Enipfanger 17 einmal üher einen Eingangswiderstand 20
mit dem nichtinvertierenden Eingang des Di fferenzverstärkers 19 und zum anderen
iiber einen E-ingangswiderstand 21 mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers
22 verbunden. Dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 22 wird über
einen Eingangswiderstand 23 das der Lichtintensität 1 entsprechende elektrische
Si.gnal zllgefiihrt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 19 ist iiber einen Rückkopplungswiderstand
25 mit seinem invertierenden Eingang und mit dem Dividendeneingang eines Dividierers
27 und der Ausgang des Differenzverstärkers 22 silber einen Rückkopplungswiderstand
26 mit seinem invertierenden Eingang und mit dem Divi soreingang des Dividierers
27 verbunden, dessen Ausgangssi gnal einer nicht näher erläuterten egeleinrichtung
28 ziir Seitenkantenfiihrung der Materialhahn 4 zugeleitet wird.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung arbeitet wie folgt: Die
unterschiedliche Transparenz der zii verarbeitenden Materialbahnen 4 bewirkt einmal
eine Verschiebung der Regelkennlinie aus dem Koordinatenunsprung des Diagramms in
der Fig. 5. Der dadurch bedingte Regelfehler wird beseitigt - die Regelkennlinie
geht wieder durch den Koordinatenursprung - , indem die elektrischen Ausgangs größen
der beiden photoelektrischen Empfänger 9, 17 dem
ersten Differeszverstärker
19 zugeleitet und verglichen werden. Das AusgangssignAl 1/2 (T-T') des nifferenzverstärkers
19 wird dann zu Null, wenn beide Eingangsgrößen den gleichen Wert hahen. das heißt,
wenn das Lichtbändel der ersten lichtschranke 1 genau ziir Hälfte von der Bahnkante
3 abgedeckt wird hzw. zur Hälfte freien Durchgang hat (T' = T). Somit wird auch
bei verschieder transparentem Material eine automatische Nullpunktkorrektur euzielt.
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Zum anderen bewirkt die unterschiedliche Transparenz aber auch eine
Änderung der Steigung der Regelkennlinie (Fig. 6).
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Da bei der Auswanderung der Bahnkante 3 aus der Nullpunktlage nach
außen bei transparentem Material eine Ahdunklung nicht in gleichstarkem maße erfolgt
wie hei undurchsichtigem Material, ergibt sich ei ne Abnahme der Steigung der Regelkennlinie
mit zunehmender Transparenz. Die dadurch veringerte Regelgenauigkeit wird dadurch
heseitigt, daß die am Ausgang des Differenzverstärkers 19 anstehende Meßeröße 1/2
)T-T') mie einem Korrekturwert multipliziert wird, der eine Funktien der Transparenz
T ist und die Steigung, der Regelkennlinie auf dem Wert bei undurchsichtigem Material
halt. Der Multiplikater 1/1-T erfüllt diese Bedingung, denn bei T = 0 -undurchscichtiges
Material - ergibt sich der Wert 1, d. h.
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die Meßgröße am Ausgang des Differenzverstärkers 19 bleibt unverändert.
Strebt dagegen T gegen den Wert 1 - völlig transparentes Material - so geht der
Multiplikator gegen den Wert Unendlich. Diese Transparenzkorrchtur wird dadurch
erreicht, daß der Wert 1/2 + T/2 des photoelektrischen Empfängers 17 auf den invertierenden
Eingang des Differenzverstärkers 22 , gelangt und der Wert 1 auf den nicht invertierenden
Ringang, womit am Ausgang desselben der Wert 2 (l - T) ansteht.
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2 Auf den Dividendeneingang des Dividierers 27 gelangt somit die Meßgröße
l (T-T') und aiif den Divisoreingang die Größe 1/2 (1-T), so daß am Ausgang des
Dividierers 27 die Moßgröße multipliziert mit dem Korrekturwert (T-T'/1/T) erscheint.
In der Fig. 6 bedepten die gestrichelten Linien die Regelkennlinien
ohne
und die durchgehende Linie die Regelkennlinie mit Transparenzkerrektur.
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Durch die Verwendung der Tripelspiegel 7, 15 in der Anordnung nach
der Erfindllng wird vorteilhafterweise nahezu die gesamte von den Lampen 5, 10 ausgesandte
Lichtintensität 7ur Nessung ausgenutzt und nicht nur das von der Materialvalin 4
reflektierte Licht, das mit zunehmender Transparenz des Materials immer geringer
wird. Auch ein Flattern der Materialhahn 4 an der Meßstelle macht sich bei der oben
erläuterten Anordnung Hauptsächlich bei höherer Transparenz des Material s im Gegensatz
zur bekannten Anordnung kaum im. Messergebnis bemerkbar, da das auf die photoelektrischen
Empfänger 9, 17 auffallende Licht im wesentlichen von den Tripel.spiege1 7, 15 reflektiert
wird, die auch bei Veränderung ihrer Lage die auf sie fallenden Lichthiindel stets
in sich reflektieren, während das nur von der flatternden Materialbahn 4 reflektierte
Licht zum Teil nicht mehr auf die photoelektrischen Empfänger 7, 15 gelangt.