DE2611539B2

DE2611539B2 - Verfahren zum Erkennen und Orten von sich in Längsrichtung einer laufenden Materialbahn erstreckenden Fehlern

Info

Publication number: DE2611539B2
Application number: DE2611539A
Authority: DE
Inventors: Julius Dr. 5074 Odenthal Geiger; Hans Joachim Dr. 5600 Wuppertal Klein; Guenter 5090 Leverkusen Masa; Manfred Rupprecht; Heinz Wonneberg
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1976-03-18
Filing date: 1976-03-18
Publication date: 1979-06-13
Also published as: FR2344830B1; FR2344830A1; JPS52113792A; BE852084A; GB1575093A; DE2611539C3; DE2611539A1; US4118127A

Description

ίο Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Herstellung von Materialbahnen, insbesondere von beschichteten Folien, wie photographischen Filmen und Papieren, können auf der Materialbahn, insbesondere in den auf der Trägerfolie aufgebrachten Schichten Fehler entstehen, die die spätere Benutzung der Bahn wesentlich beeinträchtigen. Neben punktförmigen Fehlern, wie Schmutz, Blasen usw, sind es vor allem in Bahnrichtung verlaufende Längsfehler, wie Begußstreifen, Kratzer, die sich oftmals über die gesamte Bahnlänge erstrecken können und damit zu einer erheblichen Minderung der Quiitäi führen. Solche, in Bahnlängsrichtung auftretende Fehlstellen müssen unbedingt gefunden werden.

Die bekannten optischen Methoden zur Fehlersuche an bewegtem bahnförmigen Material sind mit einem Nachteil behaftet Das von der zu prüfenden Materialbahn über einen Photodetektor empfangene reflektierte oder hindurchgelassene Licht ist auch bei fehlerfreiem

ίο Bahnmaterial bereits durch die Materialeigenschaften der Bahn modulier!, da eine völlige Gleichmäßigkeit nicht vorausgesetzt werden kann. Das am Photodetektor erzeugte Signal zeigt also auch bei fehlerfreier Bahn stets eine gewisse störende Unruhe (Untergrundrau-

J5 sehen).

In den meisten Fällen wird durch ampliiudenbegrenzende Maßnahmen (Schmitt-Trigger, Begrenzerdioden usw.) das Untergrundrauschen elektronisch abgeschnitten, so daß nur Fehler auf der Ma'.erialbahn detektiert werden können, deren elektri.'iche k.ipulse größer als die höchsten Störimpulse und damit größer als die Diskriminatorspannung sind. Eine Verbesserung bringt eine Methode, bei der ein für das zeitlich gemittelte Spitzenrauschen kennzeichnendes modifiziertes Ausgangssignal des Photodetektors gebildet und dieses über einen Spannungskomparator mit dem ursprünglichen Ausgangssignal des Photodeiektors verglichen wird, so daß unerwünschte Rauschanteile unterdrückt und der Komparator nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn ein echter Fehlerimpuls vorliegt. Zusätzlich zur weiteren Verringerung von Fehlanzeigen bei fehlerhaftem Material wird das Ausgangssignal des KoTiparators noch auf einen Diskriminator mit konstanter Schwellspannung gegeben (US-PS 35 10 664). Auch bringen zusätzliche frequenzbestimmende Methoden in Form von Filtern zur Trennung zwischen Fehlerimpulsen und Untergrundrauschen (z.B. US-PS 35 10 664 und 32 06 606) keine optimale Lösung, da sich im allgemeinen Fehlerimpulse und Untergrundrauschen frequenzmäßig kaum unterscheiden. Solche Anordnungen dienen lediglich dazu. Störfrequenzen, die nicht in den Meßfrequenzbereich fallen, herauszufiltern.
In neuerer Zeit wurde ein Verfahren zur Fehlersuche

b5 und zum Erkennen und Orten von längsorientierten Fehlern auf bewegten Matcrialbahnen beschrieben (DE-OS 23 63 422), bei dem durch Einsatz eines optischen Scanners die Abtastzeile parallel zu sich selbst

und quer zur Bahnlängsrichtung verschoben wird. Durch Erzeugen von zwei definierten Zeitmarken in der Abtastzeile erfolgt dabei eine sequentielle Abtastung der Materialbahn an diesen Marken, während die Abtastzeit mit konstanter Geschwindigkeit über die gesamte Bahn hin- und herbewegt wird. Durch quasikontinuierliche Mittelwertbildung des von der Bahn erhaltenen und durch die Oberflächeneigenschaft der Bahn modulierten Signals an der jeweiligen Zeitmarke wird das Untergrundrauschen eliminiert. Damit können auch sehr feine Längsfehler, deren Fehleramplituden gleich oder kleiner als die Rauschampiituden sind, detektiert werden.

Dieses Verfahren ist für die Abtastung von relativ breiten Materialbahnen konzipiert und hat sich hier auch sehr gut bewährt. Bei der Abtastung von relativ schmalen Bahnen (vor allem, wenn die Bahnbreite kleiner als die Abtastzeilenlänge ist) ist jedoch der mechanische Aufwand für die Traversierung aufwendig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Verfahren nach der DE-OS 23 63 422 so zu modifizieren, daß auch die Überwachung schmaler Bahnen ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs I genannten Maßnahmen gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil einer höheren Betriebssicherheit, da die mechanische Traversierung des Meßkopfes entfällt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt in der erleichterten Ortung von Fehlern. Das Meßprinzip der wandernden Zeitmarke ermöglicht eine bahnbreitenbezogene Ortunj ohne Unterteilung der Bahn in eine Reihe von nebeneinanderliegenden festen Meßkanälen. »Bahnbreitenbezogen« bedeutet dabei, daß die Lage eines Längsfehlers in bezug auf die Bahnbreite unabhängig von der Lage der Bahn relativ zum Abtastgerät in einem ersten Durchgang der Zeitmarke ausgehend vom Fehler selbst für den nächstfolgenden Durchgang immer wieder neu festgelegt wird. Die dazu erforderliche Elektronik ist — im Gegensatz zu der obenerwähnten Kanaleinteilung — mit verhältnismäßig geringem schaltungstechnischem Aufwand zu rtJisieren.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Insbesondere wird der Aufbau und die Wirkungsweise der dazugehörigen Schaltung erklärt. Es zeigt

Fig. 1 den schematischen Aufbau des optischen Reflexions-Scanners,

Fig.2 das vom Photi/empfänger aufgenommene Signal für eine Zeilenabtastung sowie den dazugehörigen Zeilenstartimpuls,

Fig. 3a das Blockschaltbild der Elektronik für das Verschieben der Zeitmarken,

Fig. 3b das zu Fig. 3a zugehörige Impuls-Zeitdiagramm für zwei aufeinanderfolgende Zeilen des optischen Scanners,

Fig.4 das Prinzip der Bahnbreitenzuordnung eines Längsfehlers,

Fig. 5a das Blockschaltbild zur Prüfung der Zuordnung eines Längsfehlers zur Bahnbreite,

Fig. 5b das zu Fig.5a zugehörige Impuls-Zeitdiagramm,

F i g. 6 das Blockschaltbild der Auswerteelektronik zur Längsfehlererkennung.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte perspektivische Prinzipdarstellung eines Austü'.rungsbeispiels des optischen Scanners: Die Lichtquelle I besteht aus einer Wolframlampe. Sie beleuchtet durch einen unter einem Winkel von z. B. 45" zur Strahleinfallsrichtung angebrachten halbdurchlässigen Spiegel 2 hindurch den in Höhe und Breite verstellbaren Eintrittsspalt 3, der auf der der Lampe abgewandten Seite des Spiegels 2 befestigt ist.

Ein mit Planspiegeln 4 bestücktes Spiegelrad 5, das von einem Motor 6 angetrieben wird, ist so drehbar angeordnet, daß sich seine Peripherie, d. h. die Spiegel 4,

ίο bei Rotation des Rades im Brennpunkt eines Parabolspiegels 7 bewegen, der parallel zu der in Pfeilrichtung sich bewegenden Materialbahn 8 angebracht ist Zur Vermeidung von Bahnunruhen wird die Materialbahn 8 über zwei eng benachbarte und möglichst stark umschlungene Walzen 9 und 10 geführt.

Mittels der Konvexlinse 11 wird der beleuchtete Spalt 3 über die Spiegel 4 des Spiegelrades 5 und die Spiegeloberfläche des Parabolspiegels 7 als kleiner Abtastfleck 3a auf der Materialbahn 8 mit senkrecht zur Bahnoberfläche verlaufender Einfallssirahlrichtung abgebildet Spiegelrad 5 und Parabolspiegel 7 stehen, da das Spiegelrad unterhalb vom Parabolspiegel 7 angebracht ist, aus strahlentechnischen Gründen etwas verkantet zueinander. Das von der Materialbahn 8 reflektierte und durch die Oberflächeneigenschaften der Bahn modulierte Licht gelangt auf dem gleichen Weg über den Parabolspiegel 7, die Spiegel 4 und die Linse 11 zurück bis zum halbdurchlässigen Spiegel 2, an dem es durch Reflexion umgelenkt und schließlich mittels der

JO Konvexlinse 12 auf dem Photoempfänger 13, der z. B. eine schnelle, hochempfindliche und möglichst rauscharme Photodiode, Phototransistor oder dergleichen sein kann, fokussiert wird. Der Scanner arbeitet also nach dem Autokollimationsprinzip.

J5 Rotiert das Spiegelrad 5 im angezeigten Drehsinn, so verschiebt sich der vom Parabolspiegel 7 reflektierte Strahl in der angegebenen Richtung parallel, wobei der Abtastfleck 3a die Materialbahn 8 auf der Abtastlinie 14 abtastet. Die Anordnung ist so gewählt, daß für eine Abtastung nur jeweils ein Spiegel 4 des Spiegelrades 5 benutzt wird. Bei in Pfeilrichtung bewegter Materialbahn 8 erfolgt so eine zellenförmige, lückenlose Abtastung der Bahn auf der Länge der Abtastlinie 14.
Fehlstellen auf der Materialbahn werden vom Abtastfleck 3a erfaßt und gelangen über Parabolspiegel 7, Spiegelrad 5, Linse 11, halbdurchlässigen Umlenkspiegel 2 und Linse 12 auf den Photodetektor 13, der sie in elektrische Fehlerimpulse umsetzt. Zwischen Parabolspiegel 7 und Materialbahn 8 ist ein das sichtbare Spektrum absorbierendes Infrarotfilter 15 eingeschaltet, wenn photographisches Material kontrolliert wird. An den Enden des Parabolspiegels 7 entstehen durch Herein- bzw. Herauslaufen des Abtaststrahls Impulse, die jedoch für das Verfahren keine störende Wirkung haben. Seitlich neben dem Parabolspiegel ist eine weitere Photodiode 15 derart im Strahlengang angeotdnet, daß sie vom abtastenden Strahl überstrichen wird und vor Beginn einer jeden Abtastung einen Zeilenstartimpuls liefert. Zur Erzeugung dieses Zeilenstartimpulses können auch andere Mittel verwendet werden, z. B. eine induktive AbHstung des Spiegelrades. In dem Ausführungsbeispiel mit einer 7 cm breiten Abtastung, das entspricht der Länge der Abtastlinie 14, beträgt die Drehzahl des Spiegelrades 50 U/sec. Bei einer Anzahl von 16 Spiegeln 4 ist demnach die Abiastfrequenz 800 Hz und damit die Gesamtdurchlaufzeit für einen Spiegel 4, das ist die Summe der aus der eigentlichen Abtastzeit T, auf der Bahn 8 und einer gewissen, durch

die Geometrie und die Spiegelzahl bestimmten Dunkel· zeit T,i zwischen zwei Spiegeldurchgängen, T= 1,25 ms. Bei einer Bahngeschwindigkeit von z. B. 40 m/min erhält die Bahn 8 in dieser Zeit (1,25 ms) einen Vorschub von 0,83 mm. >

F i g. 2a zeigt das vom Photoempfänger 13 aufgenommene Signal für eine Zeilenabtastung bei fehlerfreier Bahn. Das Signal ist nur durch die normalen Überflächeneigenschaften der Bahn moduliert. Die Abtastung erfolgt von links nach rechts. 17 ist daher der von der Oberfläche der Bahn abhängige Hereinlaufimpuls, 18 der zugehörige Herauslaufimpuls, T = 1.25 ms ist die Gesamtdurchlaufzeit eines Spiegels, die sich aus der Abtastzeit T, und der Dunkelzeit T^zusammensetzt.

In F i g. 2b ist der zugehörige, vor jeder Zeilenabta- r> stung liegende von der Photodiode 16 aufgenommene Zeilenstartimpuls 19 dargestellt.

Fig. 3a zeigt das Blockschaltbild für die Verschiebung der je Abtastzeile erzeugten Zeitmarke (Zeitmarken) und Fig. 3b das dazugehörige impuis-Zeiiuia- i« gramm für zwei aufeinanderfolgende Zeilenabtastungen des Scanners (Fig. 1 und F i g. 2). Zur besseren Erkennung der Wirkungsweise der elektronischen Schaltung werden Fig. 3a und 3b nebeneinander betrachtet. .?>

Fig. 3b-a zeigt den zeitlichen Verlauf des vom Photoempfänger 13 (Fig. 1) empfangenen und bereits verstärkten Signals für zwei aufeinanderfolgende Abtastungen. 17 ist der bereits erwähnte Hereinlaufimpuls. 18 der Herauslaulimpuls für die erste Abtastzeile. )o 17' und 18' die entsprechenden Impulse für die folgende Abtastung. T= 1,25 ms ist die Gesamtdurchlaufzeit eines Spiegels.

Der von der Photodiode 16(F i g. 3a) vor Beginn einer jeden Abtastzeile erzeugte Zeilenstartimpuls wird im r> Verstärker 20 verstärkt und durch den Schmitt-Trigger 21 in einen positiven Rechteckimpuls umgeformt. F i g. 3b-b zeigt den zeitlichen Verlauf des Zeilenstartimpulses 19 bzw. 19' für die folgende Abtastzeile, F i g. 3b-c den daraus genormten Rechteckimpuls am Ausgang des w Schmitt-Triggers 21. Hinter diesen ist ein monostabiler Multivibrator 22 geschaltet, der von der L-O-Flanke des Schmitt-Triggers 21 ausgehend einen weiteren positiven Rechteckimpuls vorgegebener Breite T] liefert (Fig. 3b-d), dessen L-0-Flanke zeitlich hinter den von der Oberfläche der Materialbahn abhängigen Hereinlaufimpuls 17 bzw. 17' (Fig. 3b-a) fällt und damit den Beginn des zulässigen Abtastbereichs des Scanners kennzeichnet. Der für die Abtastung störende Hereinlaufimpuls wird somit unterdrück. Die Zeit 7Ί des w monostabilen Multivibrators wird abhängig von der Breite des abzutastenden Materialbandes eingestellt. Das Materialband sollte zweckmäßig symmetrisch zwischen den Hereinlaufimpulsen 17 bzw. 17' und den Herauslaufimpulsen 18 bzw. 18' liegen. Die Zeit des monostabilen Multivibrators und damit der Beginn des zulässigen Abtastbereichs des Scanners kann in bekannter Weise durch Änderung der Zeitkonstanten des monostabilen Multivibrators beliebig innerhalb der Abtastzeile verschoben werden. Das Ende des Abtastbereichs des Scanners und damit die abzutastende Materialbreite wird mit dem später beschriebenen Schrittvorwahlzähler 35 festlegt. Die L-0-Flanke des positiven Rechteckimpulses am Ausgang des monostabilen Multivibrators 22 steuert ein ÄS-Flip-Flop 23 an und setzt über den S-Eingang 24 dessen Ausgang 25 auf positives (L) Potential (F i g. 3b-e). Mit dieser 0-L-FIanke wird ein Bit über den Eingang 26 in den Zähler 27 eingezählt (so daß dessen Inhalt von z. B. NuI ausgehend jetzt 1 ist), gleichzeitig wird ein weitere Zähler 28 über den Steucreingang 29 zählbcrci gemacht. Der Clockeingang 30 des Zählers 28 win kontinuierlich von einem Taktgeber 31, hier in Ausführungsbeispiel ein Rechteckgenerator mit eine Frequenz i'2= I /T₂ = 819 200 Hz gespeist. Der Zähler 21 kann jedoch erst diese Werte übernehmen, nachdem da vom Flip-Flop 23 gelieferte positive Signal an dessei Eingang 29 anliegt (Fig.3b-e). Sobald dieses L-Signa nicht mehr anliegt, ist der Zähler nicht mehr zählberei und wird auf Null gesetzt. Die Inhalte der Zähler 27 tmc 28 werden einem Vergleicher 32 zugeführt, der be gleichen Inhalten der Zähler 27 und 28 an seinen Ausgang 33 ein Signal liefert. Dieses Signal setzt übe den R-Eingang 34 des Flip-Flop 23 dessen Ausgang 2! wieder nach Null. d.h. der Inhalt des Zählers 28 wire über den Eingang 29 gelöscht. Der Zeilenstartimpuls 19 der folgenden Zeile (F i g. 3b-b) liefert in gleicher Weist wie oben beschrieben über den Verstärker 2ö. eier Schmitt-Trigger 21, das monostabile Zeitglied 22 eine weitere L-0-Flanke. die das Flip-Flop 23 setzt. Die an Flip-Flop-Ausgang entstehende 0-1.-flanke zählt cir weiteres Bit in den Zähler 27, dessen Inhalt jetzt mit I bewertet ist und macht den Zähler 28 zählbercit. dei jetzt von 0 bis 2 zählen muß, bevor der Vcrglcichei ermittelt, daß die Inhalte der Zähler 28 und 27 gleich sind. Dieses Glcich-Signal setzt das Flip-Flop 23 wiedci in seir.^ Ausgangslage. d. h. 0-Potential am Ausgang 25 zurück. Die Zeit /des Ausgangssignals des Flip-Flop 23 d. h. die Zeit, während der Ausgang 25 auf L-Potentia liegt, ist also variabel und wild von Abtastzeile zi Abtastzeile um T2 vergrößert (F i g. 3b-c und 3b-f). Es isi also der Zusammenhang gegeben /=n T₂. wobei η die Anzahl der Abtastzeilen ist. Die L-0-Flanke de? Flip-Flop 23 verschiebt sich also jeweils um einer Schritt T₂ von Abtastzeile zu Abtastzeile über der zulässigen Abtastbercich des Scanners, dessen Beginn wie beschrieben, durch die 0-L-Flanke des Flip-Flop 21 festgelegt wurde (Fig. 3b-e und 3b-a). Durch die L-0-Flanke des Flip-Flop 23 (Fig. 3b-e) ist die Zeitmarke 34 bzw. 34' für die folgende Abtastzeile, d. Ii der Zeitpunkt der Abfrage des am Scanner anstehender Signais definiert. Während der Scanner zeilenweise abtastet, wird also die Zeitmarke 34 in Schritten von Tj pro Abtastzeile verschoben. Die Abfrage des anstehenden Scanner-Signals (F i g. 3b-a) erfolgt also an der über den Abtastbereich wandernden Zeitmarke. Das Ende des Abtastbereichs ist durch die Anzahl η der Schritte gegeben: η wird in dem Schritlvorwahlzähier 35 festgelegt. Hat der Zähler 27, der mit dem Eingang 36 des Schrittvorwahlzählers 35 verbunden is., die vorgewählte Schrittzah! π erreicht, ist das Ende- des Meßbereichs, über den die Zeitmarke verschoben wird erreicht und der Zähler 27 wird über den Eingang 37 aul Null gesetzt, so daß der Vorgang der Zeitmarkenverschiebung wieder von vorn beginnen kann.

Der Vorgang sei an einem Zahlenbeispiel näher erläutert:

Bei einem optischen Scanner mit einer Abtastgeschwindigkeit auf der abzutastenden Bahn von z. B.

V= 65,6 m/s=0,0656 mm/ps
und der im Beispiel angegebenen Taktfrequenz
819 200 Hz

1.22 us.

ergibt sich für

T₂= 1/V₂= 1/819 200= 1,22 · 10"⁶S

Man erhall bei diesem Ausfüliriingsbeispiel eine auf den Meßbereich bezogene örtliche Verschiebung der Zeitmarke (= Abtastmarke) 34 bzw. 34' (F i g. 3b-a) von Abtastzeile zu Abtastzeile

V=T₂- V=0.0656 mm/jis · 1,22 us = 0.08 mm.

Bei einer Schnttvorwahl von n = 500 ist es möglich, eine Bahn^eite

b=n ■ a = 500 · 0,08 mm = 40 mm

abzutasten. Mit der Schrittvorwahl η kann also bei vorgegebener Abtastgeschwindigkeit Vund Taktzeit T₂ der Abtastbereich des zu prüfenden Matmalbandes festgelegt werden. Da die Verschiebung der /.eitmarke um den Betrag λ von Zeile zu Zeile, d. h. also jeweils nach der Scanzeit T= 1,25 ms erfolgt, ergibt sich die Zeit für das Durchschieben der Zeitmarke (= Abtastmarke) über den Abtaubereich au», der Beziehung

Dieses Zahlenbeispicl ist willkürlich gewählt. Durch Wahl und Kombination der einzelnen Parameter laßt sich leicht erreichen, daß ζ. Β. durch Vergrößerung der .Schrittzahl η bei vorgegebener Abtastbreite der Finzelschritt ν verkleinert und damit die Auflösung bei 2"> der Signalerkennung vergrößert wird. Wie aus dem Zahlenbeispiel zu ersehen ist. ist die Schriltgröße ν der Zeitmarke von Abtastzeile zu Abtastzeile abhangig von der Abtastgeschwindigkeit Vacs Scanners, d. h. also von der Drehzahl des Antriebsmotor des Scanners, und der )» Taktfrequenz i'j= 1 /Ti.

Eine Synchronisierung des Motors 6 mit der Taktfrequenz ist bei der Verwendung von Synchronmotoren zwar nicht erforderlich, erhöht jedoch die Funktionssicherheit des Verfahrens. Diese Synchroni- r> sicrung kann z. B. in folgender Weise geschehen (Fig. 3a): Die Frequenz der vom Taktgeber 31 erzeugten Rechteckimpulse wird mittels des Frequenzteilers 38 auf 50 Hz Rechteckimpulse heruntergeteilt. Der an dem Frequenzteiler anschließende Tiefpaß 39 -»n erzeugt durch Ausfilterung der Oberwellen eine sinusförmige Spannung, mit der der Synchronmotor des Scanners über den Leistungsverstärker 40 angetrieben wird. Die Synchronisierung ist in bekannter Weise auch mit jedem anderen Motortyp möglich, sie kann auch in -r, umgekehrter Weise erfolgen, indem der Taktgeber von einem am Motor angebrachten Signalgeber synchronisiert wird.

Die Erkennung eines Fehlers als Längsfeder ist auch mit nur einer Abtastmarke möglich, wenn der beim v> Verschieben der Abtastmarke über den Meßbereich gefundene Fehler bahnbreitenbezogen eingespeichert wird und anschließend geprüft wird, ob der Fehler beim folgenden Durchfahren der Abtastmarke an der gleichen Stelle innerhalb der vorgegebenen Toleranz wieder auftritt. Dies sei in F i g. 4 veranschaulicht. 41 sei ein Längsfehler auf der Materialbahn 8. die sich in angegebener Pfeilrichtung bewegt. Die z. B. von links nach rechts sich über die Bahnbreite verschiebende Zeitmarke 34 (F i g. 3b) beschreibt relativ zur bewegten Bahn den Weg 42 für den ersten und 43 für den folgenden Durchgang. Es muß nun geprüft werden, ob der an der Stelle 44 beim ersten Durchgang erkannte Fehler an der gleichen Bahnbreitenstelle 45 beim zweiten Durchgang innerhalb einer bahnbreitenbezogenen Toleranz id, gekennzeichnet durch die beiden Linien 46 und 47, wieder gefunden wird.

F i g. 5a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Durchführung dieser Prüfung. F i g. 5b das zugehörige Impuls-Zeitdiagramm für zwei aufeinanderfolgende Durchgänge der Abtastmarke. Zum besseren Verständnis werden beide Abbildungen parallel betrachtet.

Entsprechend der Fig. 4 habe die Zeitmarke im ersten Durchgang 42 den Fehler 41 an der Stelle 44 passiert und erkannt. Dieser Zeitpunkt 48 ist in Fig. 5b-a und das zugehörige Fehlersignal 49 in F i g. 5b-b dargestellt. Beim folgenden Durchgang 43 werde der Fehler 41 an der Stelle 45 erkannt. Dies entspricht dem Zeitpunkt 48' in Fig. 5b-a. Das zugehörige Fehlcrsignal 49' ist in F i g. 5b-b dargestellt. Das Fehlersignal 49 setzt (F i g. 5a) über den Eingang 50 den Ausgang 51 des Flip-Flop 52 auf L-Potential (F i g. 5b-c). Dadurch werden sowohl der Vorwahlzähler 53. mit dem die Toleranz Δ durch entsprechende Vorwahl vorgegeben wird, über den Eingang 54 als auch das Schieberegister (SR) 55 über den Eingang 59 geöffnet. Das SR hat die Aufgabe, die bahnbreitenbezopenc Lage der durch den Zähler 53 bestimmten loleranzbreite Δ so festzulegen, daß beim folgenden Durchlauf 43 eine symmetrische Lage des Toleranzbereichs Δ um den Fehler 41, also zwischen den Markierungen 46 und 47 gewährleistet ist. Nachdem der Zähler 53 und das SR 55 geöffnet sind, werden über die Eingänge 56 und 57 vom Schmitt-Trigger 21 (Fig. 3a bzw. Fig. 3b-c) die Zeilenstartimpulse eingezählt. Erreicht der Zähler 53 seine Vorwahl Δ. so wird ein Ausgangsimpuls am Zähler erzeugt (F i g. 5b-d), der das Flip-Flop 52 über den Eingang 58 zurücksetzt (Fig. 5b-c). Dadurch wird auch das SR 55 über den nun auf Null liegenden Eingang 59 in der Weise gesperrt, so daß nichts mehr eingegeben wird, aber der bis dahin cingelesene Inhalt Zl über den Eingang 57 taktweise

(π-ylSchritte weitergeschoben wird. Da das SR selbst / ,A
nur eine Länge von In — -=■ 1 Bit hat und der Inhalt Δ

Schritte beträgt, beginnt das Herausschieben nach n-jAj Schritten und ist nachin-yjSchritten beendet.

während des Herausschiebens des Toieranzbereiches Δ liegt der Eingang 60 des Und-Gatters 61 auf I.-PolentinI (Fig. 5b-e), so daß nur die von der Abtastmarke erfaßten Fehler, die bahnbreitenbezogen innerhalb der Toleranz Δ liegen (Fig. 5b-a. F i g. 5b-b) über den Eingang 62 des Und-Gatters 61 am Ausgang des Gatters ein Signal erzeugen (Fig. 5b-f), also delektiert werden können. Dies ist bei Lüngsfehlern der Fall, da das beschriebene Verfahren der Bahnbreitenzuordnung immer wieder vom detektierten Fehler neu beginnt, also immer nur ein Durchgang der Meßmarke mit dem folgenden verglichen wird, ist eine genaue Bahnbreitenzuordnung möglich. Dies bedeutet gegenüber den bisher üblichen Methoden der Zuordnung von längsorientierten Fehlern in bezug auf die Bahnbreite mittels einer festen Kanaieinteilung einen wesentlichen Vorteil, da hierbei immer die beidseitig angrezenden Nachbarkanäle mit in Betracht gezogen werden müssen.

F i g. 6 zeigt das Blockschaltbild der Auswerteeiektronik zur Längsfehlererkennung. Zur besseren Erklärung der Wirkungsweise der elektronischen Schaltung werden Fig.6 und Fig.3b nebeneinander betrachtet. Das vom Photoempfänger 13 (s. auch Fig. 1) erzeugte Signal der durch die Eigenschaften der Bahnoberfläche modulierten reflektierten Strahlung wird im Verstärker 63 breitbandig verstärkt und gelangt auf den Eingang eines sowohl für positive als auch für negative

Eingangsamplituden geeigneten Sample and Hold-Gliedes 64. Das am Ausgang des Verstärkers 63 erhaltene Signal ist in Fig. 3b-a für zwei aufeinanderfolgende Zeilenabtastungen des Scanners dargestellt. Der Ausgang 2!5 des Flip-Flops 23 (Fig. 3a) ist mit dem Steuereingang des Sample and Hold-Gliedes 64 verbunden. Liegt der Steuereingang des Sample and Hold-Gliedes 64 auf L-Potential, das ist also während der Zeit I (Fi_b.3b-e), so ist die Funktion »Sample« eingeschaltet, liegt er auf O-Potential, so ist die Funktion »Hold« eingeschaltet. An der Zeitmarke 34 bzv/. 34' (Fi g. 3b) wird also jedesmal von »Sample« auf »Hold« umgeschaltet, während an den O-L-Übergängen auf »Sample« geschalte! wird. Die Funktion »Sample« bedeutet, daß am Ausgang des Sample and Hold-Gliedes stets das Eingangssignal vorhanden ist, während nach dem Umschalten auf »Hold« der zu diesem Zeitpunkt am Eingang anstehende Signalweri am Ausgang für die Hold-Zeit als fesler Spannungswert prhalten bleibt. Drr Ausging des Sample and HnItI-Gliedes 64 ist mit zwei Spannungs-Frequenzwandlern 65 und 66 verbunden, wobei der eine 65 für positive Eingangssignal^, der andere 66 für negative Eingangssignal geeignet ist. Sie haben die Aufgabe, während einer genau definierten Wandelzeit 7j innerhalb der Hold-Zeit (des Sample and Hold-Gliedes 64) den gerade am Ausgang des Sample and Hold-Gliedes 64 anstehenden positiven oder negativen Wert in eine Impulsfolge definierter Rechteckimpulse mit einer dem Wert proportionalen Frequenz umzuwandeln. Das Wandelverhältnis beträgt 10 kHz/V.

Die Wandclzeit Ti wird, wie weiter unten näher erläutert wird, für den an der Abtastmarke 34 bzw. 34' festgehalten und im Sample and Hold-Glied 64 gespeicherten Momentanwert für das Ausführungsbeispiel gleich Tjgewählt (F i g. 3b-a und 3b-g).

Der Ausgang des vom Flip-Flop 23 mit der L-O-Flanke (F i g. 3b-e) getriggerten monostabilen Multivibrators 67 zur Erzeugung der Wandelzeit 7Ί ist mit den Triggereingängen der Spannungs-Frequenzwandler 65 und 66 verbunden, so daß die Wandlung des anstehenden Signals nur während der Wandelzeit T₁ erfolgt (Fig. 3b-g). Die Wandelzeit 7"j wird im Ausführungsbeispiel zweckmäßigerweise gleich Tj gewählt, weil beim Eintreffen der Zeitmarke (Abtastmarke) 34 bzw. 34' am rechten Rand des Abtastbereichs mindestens die Wandelzeil Ti= 7",/zur Verfügung steht, bevor die Zeitmarke den nächsten Durchgang am linken Rand des Abtastbereichs wieder beginnt. Bei kleiner gewählten Abtastbereichen kann die Wandelzeil entsprechend verlängert werden. Die Wandel/eit kann selbstverständlich auch auf andere Weise erzeugt werden, z. B., ausgehend vom Taktgeber 31. durch Festlegung einer Anzahl von Impulsen. Die Ausgänge der Spannungs- Frequenzwandler 65 und 66 sind mit den Eingängen des Vor-Rückwärts-Zählers 68 derart verbunden, daß der Ausgang des Spannungs-Frequenzwandlers 65 an den Vorwärtseingang 69 und der Ausgang des Spannungs-Frequenzwandlers 66 an den Rückwärtseingang 70 des Zählers 68 angeschlossen ist. Der Vor-Rückwärts-Zähler 68 hat eine wählbare Voreinstellung, z. B. die Zahl 32. Des weiteren sind zwei Ausgänge des Zählers angewählt, der Ausgang 71 z. B. mit der Zahl 64, der Ausgang 72 mit der Zahl 0. Das bedeute!, gelangen Impulse auf den Eingang 69, so werden sie ab der Zahl 32 »vorwärts« gezählt. Ist die Vorwahl 64 erreicht, so erscheint am Ausgang 75 ein Impuls. Dies ist dann nach genau 32 EingangSiinpulsen der Fall. Gelangen andererseits Impulse auf den Rückwäriseingang 70. so werden sie von der Voreinstellung 32 beginnend »rückwärts« gezählt, bis nach ebenfalls 32 Impulsen die Zahl 0 erreicht wird und am Ausgang 72 ein Impuls entsteht. Die Ausgänge 71 und 72 des Zählers 68 sind über das Oder-Gatter 73 zusammengefaßt.

Der Ausgang des Schmitt-Triggers 21 (s. auch Fig. 3a), der den genormten Zeilenstartimpuls erzeugt (s. Fig. 3b-c), ist mit einem Impulsuntersetzer 74 verbunden, der die Zeilenstartimpulse z. B. 8:1 untersetzt. Nach jeder achten Abtastung erscheint am Ausgang des Untersetzers 74 ein Signal, au¹· dem durch den monostabilen Multivibrator 75 ein kurzer Rechteckimpuls erzeugt wird, der auf den Voreinstellungseingang 76 des Zählers 68 weitergeleitet wird. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß jeweils nach acht Zeilenabtastungen (Abtastzyklus) der Zähler 68 erneut auf die Zahl 32 vorcingestellt wird. Anhand eines RoisnipK wird zur hrsseivn Vrrdpntiirhiinp dir Wirkungsweise der bisherigen Anordnung näher erläutert. Nachdem der Zähler 68 durch die vorher beschriebene Anordnung auf die Voreinstellung 32 gebracht worden ist, beginnt wieder die erste der acht Zeilenabtastungen des Abtastzyklus.

Während der ersten Zeilenabtastung sei der Signal-Monientanwert des Bahnrauschens an der Zeitmarke (Abtastmarke) 34, z.B. +0.4 Volt. Dieser Wert steht während der Hold-Zeit am Ausgang des Sample and Hold-Gliedes 64 an, wird im Spannungs-Frequenzwandler 65 in eine Impulsfolge gewandelt und während der Wandelzeit Ti von z. B. 500 jis in den Vorwärtseingang 69 des Zählers 68 eingezahlt. Das entspricht bei dem angegebenen Wandelverhältnis \on 10 kHz/Volt einer Anzahl von

KV

0.4 ■ 5 ■ 10 ⁴ = 2 Impulsen.

Der Zähler 68 hai damit den neuen Wert 32 + 2 = 34. Bei der folgenden, zweiten Zeilenabtastung sei der Signal-Momentanwert an der Zeitmarke 34' /. B. — 1.? Volt. Dieser Wert wird entsprechend vom Spannungs-Frequenzwandler 66 in eine Impulsfolge umgesetzt und ebenfalls während der Wandelzeit 7j = 5OOiis auf den Rückwärtseingang 70 des Zählers 68 gegeben, so daß vom dort vorhandenen (eingespeicherten) Wert 34 nunmehr

50* ■ i,2 · 5 ■ 10-

impulse

subtrahiert (rückwärtsgezählt) werden und der neue Zählerwert nunmehr 34 — 6 = 28 lautet. In den folgenden sechs Abtastungen (drei bis acht) wird dieser Vorgang fortgesetzt. Danach erfolgt die beschriebene Voreinstellung des Zählers auf die Zahl 32 und ein neuer Abtastzykius beginnt.

Da sowohl durch die Bahnbewegung wie auch zusätzlich durch die Bewegung der Zeitmarke über den Abtastbereich die Abfrage an der Zeitmarke sich auf immer andere Bereiche der Bahn erstreckt, erscheint das in Fig.3b-a dargestellte Oberflächen-Bahnrausehen statistisch verteilt, so daß sich durch den oben beschriebenen Vorgang der digitalen Mittelwertbildung für z. B. je acht Abtastungen (Abtastzykius) das Oberflächenrauschen der Bahn herausmittelt, da weder am Ausgang 71 des Zählers 68 die Vorwahl 64 noch am Ausgang 72 die Vorwahl 0 erreicht wird, also am Ausgang des Oder-Gatters 73 kein Impuls erscheint.

Liegt dagegen ein Längsfeder vor, so erscheint innerhalb des statistisch verteilten Bahnrauschens

wähienu der Abtastungen ein stets gleichförmiger positiver oder negativer Impuls:, der während des Durchgangs der Zeitmarke dann von dieser schrittweise ^Schrittlänge x) überfahren und dabei laufend an einer jndcren Stelle abgetastet wird. Die dazu benöligte Zeit beträgt bei acht Abtastungen

8 ■ T=S · 1,25 ms= 10 ms.

Solange muß also, bezogen auf dieses Ausführungsbeispiel, der Fehlerimpuls beim Durchlaufen der Zeitmarke an dieser (bei Ausnutzung aller acht Abtastungen) anstehen. Dies ist selbst bei schmalen Impulsen der Fall, da die Durchgangsgcsehwindigkeit der Zeilmarke mit

V, = vT= 0,08/1.25 mm/ms = 0.64 mm/10 ms

sehr langsam dazu ist. Da es sich bei l.ängsfchlcrimpul· sen um gleichförmige Impulse handelt, beispielsweise u!Vi einen (immer) positiven Fehlcrimpuls. erfolgt hier bei jeder Abtastung die Spannungs-Frequcnz-Wandlung im Snanniings-Frrqnnnz-Wiindlrr 85 (Ii gh), so daß nur Impulse über den Vorwärtseingang 69 des Zählers 68 cinj.27.ahlt werden. Der Fehlcrimpuls wird als Fehler erkannt, wenn nach acht Abtastungen ausgehend von dem voreingestellten Zählerinhalt 32 weitere 32 Impulse eingezahlt worden sind und damit die Vorwahl 64 erreicht ist, so daß am Ausgang 71 des Zählers und somit am Ausgang des Oder-Gatters 73 ein Impuls erscheint. Dies ist der Fall, wenn der mittlere abgetastete Impulswert während der Echt Abtastungen des Fehlerimpulscs gerade +0,8 Volt beträgt. Denn es ergibt sich bei dem Wandelverhältnis des Spannungs-Frequenz-Wandlers 65 von 10 kHz/Volt, der Wandelzeit Γβ = 500 μ5 und acht Abtastungen für die Anzahl der in den Zähler 68 eingezählten Impulse:

ΙΟ⁴ · 0.8 ■ 500 ■ 10-^h · 8 = 32.

Die Amplitude des Fehlerinipulses kann durchaus auch gleich oder kleiner als die Amplitudenwerte des Bahnrauschens sein, da das Rauschen wegen der Herausmittlung keinen Einfluß auf die Fehlererkennung hat.

Die Erkennung negativer Längsfehler-Inipulse geschieht in analoger Weise. Hier wird gegenüber der oben beschriebenen Erkennung positiver Fehler dann der Spannungs-Frequenz-Wandler 66 wirksam, der auf den Rückwärtseingang 70 des Zählers 68 geht, indem dann von der voreingestellten Zahl 32 subtrahierend gezählt wird. Wird die Vorwahl 0 erreicht, erscneint am Ausgang 72 und damit am Ausgang des Oder-Gatters 73 ein Impuls.

Damit nur Längsfehler und keine punktförmigen Fehler erkannt werden, muß geprüft werden, ob der bei einem Durchgang der Zeitmarke gefundene Fehler im jeweils darauffolgenden Durchgang der Zeitmarke bahnbreitenbczogen innerhalb einer vorgegebenen Toleranz J erneut delektiert wird. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Oder-Gatters Ti mit dem Eingang 50 ties Flip-Flops 52 der bereits anhand der F i g. 5a und 5b beschriebenen Schaltung zur Prüfung der Zuordnung eines Längsfehlers in bezug auf die Bahnbreite verbunden. Die in dem Ausführungsbeispiel zur besseren Verdeutlichung angegebenen Zahlen sind willkürlich. Sio können durch beliebige, dem Problem angepaßte Werte ersetzt werden.

Das oben beschriebene Verfahren zum Verschieben der Zeitmarke über den Ablastbcreich kann natürlich leicht auf mehrere Marken erweitert werden, die nacheinander in einem definierten konstanten Abstand über den Abtastbereich gefahren werden und an denen getrennt nach dem beschriebenen Verfahren der Mittelwert gebildet wird. Wird an einer Zeitmarke ein Fehler detcktier·.. so muß zur Prüfung, ob ein Längsfehler vorliegt, an der jeweils im konstanten Abstand folgenden Zeitmarke der Fehler bahnbreitenbezogen an der gleichen Stelle innerhalb einer vorgegebenen Toleranz wieder gefunden werden. Die Benutzung mehrerer Zeitrnarken bringt zusätzlich den Vorteil, vor allem bei großen Bahnbreiten (Abtastbreiten) und hohen Bahngeschwindigkeiten, die Durchgangsgeschwindigkeit der Zeitmarken klein zu halten, um somit auch die sichere Erkennung auch schmaler und kürzerer Längsfehler zu gewährleisten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnuimcn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erkennen und Orten von sich in Längsrichtung einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Bahn aus photographischem Material, erstreckenden Fehlern, bei dem

a) die Bahn quer zu ihrer Bewegungsrichtung mit einem wandernden Lichtfleck zellenförmig abgetastet wird,

b) das von der Bahn reflektierte Licht jeweils zu mindestens einem bestimmten Zeitpunkt während der durch die Zeilendurchlaufzeit gegebenen Abtastperiode erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird,

c) der Mittelwert, der während einer Anzahl von Zeilenabtastungen jeweils erhaltenen elektrischen Signale gebildet wird, und

d) ein Fehlersignal bei einer Abweichung des Mittelwerts von dem im Falle einer fehlerfreien Bahn erhaltenen, vom Untergrundrauschen bestimmten Wert erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

e) der Lichtfleck bei der zeilenweisen Abtastung der Bahn jeweils über eine in bezug auf ein ortsfesten System gleichbleibende Strecke von einer mindestens der Breiig der Bahn entsprechenden Länge geführt wird, und

f) der Zeitpunkt der Erfassung des reflektierten Lichts innerhalb der Abtastperiode und ausgehend von deren Beginn von Abtastzeile zu Abtastzeile jeweils um ein konstantes Zeitintervall verschoben wird.

2. Verfahren nach Ansoruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des ZeitiP'ervalls eingestellt werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Erfassung des reflektierten Lichts mittels der Rückflanke eines Impulses festgelegt wird, welcher jeweils mittels eines Zeilenstartimpulses ausgelöst wird und dessen Länge von Abtastzeile zu Abtastzeile um das Zeitintervall vergrößert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Impulses jeweils durch die Zeit bestimmt wird, die zu einer mit jeder Zeile jeweils bei Null beginnenden Zählung von Taktimpulsen bis zu einem der momentanen Zahl der Abtastzeilen entsprechenden Wert erforderlich ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenfrequenz mit der Frequenz der Taktimpulse synchronisiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu einem bestimmten Zeitpunkt der Erfassung des reflektierten Lichts erhaltenes Fehlersignal in Abhängigkeit von der Lage des Zeitpunkts innerhalb der Abtastperiode gespeichert und das erneute Auftreten des Fehlersignals innerhalb einer ToIeranzzone um den nächstfolgenden, die gleiche Lage innerhalb der Abtastperiode aufweisenden Zeitpunkt überwacht wird.

7. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Erfassung des reflektierten Lichts zu mehr als einem verschiebbaren Zeitpunkt während der Abtastperiode die zu diesen Zeitpunkten jeweils während einer Anzahl von Zeilenabtastungen erhaltenen elektrischen Signale getrennt gemitlelt werden und eine Fehleranzeige nur erzeugt wird, wenn für zwei aufeinanderfolgende verschiebbare Zeitpunkte jeweils für die gleiche Stelle innerhalb der Abtastperiode ein Fehlersignal auftritt.