DE2611539C3

DE2611539C3 - Verfahren zum Erkennen und Orten von sich in Längsrichtung einer laufenden Materialbahn erstreckenden Fehlern

Info

Publication number: DE2611539C3
Application number: DE2611539A
Authority: DE
Inventors: Julius Dr. 5074 Odenthal Geiger; Manfred Rupprecht
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1976-03-18
Filing date: 1976-03-18
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE2611539B2; GB1575093A; FR2344830A1; DE2611539A1; FR2344830B1; BE852084A; JPS52113792A; US4118127A

Description

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

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

d) ein Fehlersignal bei einer Abweichung des Mittelwerts von dem im Falle einer fehlerfreien Bahn trnaltenen. vom Untergrundrauschen bestimmten Wert erzeugt wird, und

c) der Lichtfleck bei der zeilenweisen Abtastung der Bahn jeweils über eine in bezug auf ein ortsfestes System gleichbleibende Strecke von einer mindestens der Breite der Bahn entsprechenden Länge gefüi.rt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

0 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 wire¹ und

g) ein zu einem bestimmten Zeitpunkt der Erfassung des reflektierten Lichts erhaltenes Fehlersignal in Abhängigkeit von der Lage des Zeitpunktes innerhalb der Abtastperiode gespeichert und das erneute Auftreten des Fehlersignals innerhalb einer Toleranzzone um den nächstfolgenden, die gleiche Lage innerhalb der Abtastperiode aufweisenden Zeitpunkt überwacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Zeltintervalls eingestellt werden kann.

J. 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 Abtasizeile zu Abtastzeile um das Zeit Intervall vergrößert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Impulses jeweils durch d'c /.cn bestimmt wird, die zu einer mit jeder Zeile jeweils bei Null beginnenden Zählung von Taktimpulsen bis /u einem der momentanen Zahl der Abtast/eilen entsprechenden Wert erforderlich ist.

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

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Erfassung des reflektierten Lichts zu mehr als einem verschiebbaren Zeitpunkt während der Abtastperiode die zu diesen

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 Maierialbahn, 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 /u einer erheblichen Minderung der Qulität führen. Solche,

2ϊ in Bahnlängsrichtung auftretende Fehlstellen müssen unbedingt gefunden werden.

Aus der DC-AS 11 54 656 und der US-PS 30 61 731 sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Bahnen zeilenweise und quer zur Bahnlaufrichtung mit einem

J<> Lichtfleck abgetastet werden, wobei der Lichtfleck bei der zeilenwcisen Abtastung der Bahn jeweils über eine in bezug auf ein ortsfestes System gleichbleibende Strecke von einer der Breite der Bahn entsprechenden Länge geführt wird, um die Bahnrandstörungen bei der

Ji Fehlererfassung zu eliminieren.

Die bekannten optischen Methoden zur Fehlersuche an bewegtem bahnförmigen Material sind mit einem Nachteil behaftet. Das von der zu prüfenden Matenalbahn über einen Photodetektor empfangene reflektierte

«J oder hindurchgelassene Licht isi auch bei fehlerfreiem Bahnmaterial bereits durch cue Materialeigenschaften der Bahn moduliert, da eine völlige Gleichmäßigkeit nicht vorausgesetzt werden kann. Das am Photodetektor erzeugte Signal zeigt also auch bei fehlerfreier Bahn stets eine gewisse störende Unruhe (Untergrundrauschen).

In den meisten Fällen wird durch amplitudenbegrenzende Maßnahmen (Schmitt-Trigger. Begrenzerdioden usw.) das Untc. grundrauschen elektronisch abgeschnitten. so daß nur Feh'er auf der Materialbahn detektiert werden können, deren elektrische Impulse größer als die höchsten Störimpulse und damit großer als die Diskriminatorspannung sind. Eine Verbesserung bringt eine Methode, bei der ein für das zeitlich gemittelte Spit/enrauschen kennzeichnendes modifiziertes Aus gangssignal de<- Photodetektors gebildet und dieses über einen Spannungskomparator mit dem ursprungh ehen Ausgangssignal des Photodetektors verglühen wird, so daß unerwünschte Rauschanteile unierdrückt und der Komparator nur dan.i ein Ausgangssignal liefert, wenn ein echter Tehlenrnpuls vorlieg' Zusätzlich zur weiteren Verringerung von rehlatucigen bc. fehlerhaftem Material wird das Ausgangssignal des !Comparators noch auf einen Diskriminator mit konstanter Schwellspannung gegeben (US*PS 35 10 664). Auch bringen zusätzliche frequenzbestimmende Metheden 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 da/u. Störfrequenzen, die nicht in den Meßfrequenzbereich fallen, herauszufiltern.

In neuerer Zeit wurde ein Verfahren zur Fehlersuche und zum Erkennen und Orten von längsorientierten Fehlern auf bewegten Materialbahnen beschrieben (DE-OS 23 63 422), bei dem durch Einsatz eines optischen Scanners die Abtastzeile parallel zu sich selbst und quer zur Bahnlängsrichlung verschoben wird. Durch Erzeugen von zwei definierten Zeitmarken in der Abtastzeile erfolgt dabei eine sequentielle Abtastung der Materialbahn an diesen Marken, während die Abtastzeile 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 Rauschamplituc'en sind, detektiert werden.

Dieses Verfahren ist für die Abtastung voii 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 1 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 Ortung 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 Abtastgeräl in einem ersten Durchgang der Zeitmarke ausgehend vom Fehler selbst für den nächstfolgenden Durchgang immer wieder neu festgelegt wird. Die da/u erforderliche Elektronik ist — im Gegensat/ zu der obenei wähnten Kanaleinteilung — mit verhältnismäßig geringem schaltungstechnischem Aufwand /u realisieren.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in Zeichnungen erläu'erten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Insbesondere wird der Aufbau und die Wirkungsweise der dazugehörigen Schaltung erklärt. Ks zeigt

F ι g. 1 den schematischen Aufbau i'cs optischen Reflex ions Scanners.

Fig.2 das vom Photoempfänger aufgenommene Signal für eine Zeilenabtastung sowie den dazugehörigen Zeilenstartimpuls,

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

Fig.3b das zu kig.3a zugehörige Impuls^Zeitdiagfamrn für zwei aufeinanderfolgende Zeilen des optischen Scanners,

Fig.4 das Prinzip der Bahnbreitenzuordnung eines Längsfchlers,

Fig.5a das Blockschaltbild zur Prüfung der Zuorc¹ ι niing eines Längsfehlers zur Bahnbreite,

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

Fig.6 das Blockschaltbild der Auswerteelektronik zur Längsfehlererkennung.

in Fig. 1 zeigt eine vereinfachte perspektivische Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels des optischen Scanners: Die Lichtquelle 1 besteht aus einer Wolframlampe. Sie beleuchtet durch einen unter einem Winkel von z. B. 45 zur Strahleinfallsrichtung angebrachten

ti 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, bei Rotatio.i des Rades im Brennpunkt eines Parabolspiegels 7 bewegen, der parallel zu <..-,· in Pfeilrichtung sich bewegenden Materialbahn 8 angel rächt ist. Zur Vermeidung von Bahnunruhen wird die Materialbahn 8 über zwei eng tenachbarte und möglichst stark umschlungene Waben 9 und 10 geführt.

Mitte¹-, der Konvexlinse 11 wird der beleuchtete Spalt 3 über die Spiegel 4 des Spiegelrades 5 und die Spiegcloberfläche des Parabolspiegels 7 als kleiner

;o Abtastfleck 3a auf der Materialbahn 8 mit senkrecht zur Bahnoberfläche verlaufender Einfallssiiahlnchtung abgebildet. Spiegelrad 5 und Parabolspiegel 7 stehen, da das Spiegelrad unterhalb vom Parabolspiegel 7 angebracht ist. aus strahlentechnischen Gründen etwas

η verkantet zueinander. Das von der Materialbahn 8 reflektierte und durch die Oberflächeneigenschaften der Bahn moduliert.: Licht gelangt auf dem gleicher, Weg über den Parabolspiegel 7. die Spiegel 4 und die Linse 11 zurück bis zum halbdurchlässigen Spiegel 2. an dem es

4(i durch Reflexion umgelenkt und schließlich mittch der Konvexlinse 12 auf dem Photoempfänger 13. der /. B. eine schnelle, hochempfindliche und möglichst rauscharme i'hotodiode. Phototransistor oder dergleichen sein kann, fokussiert wird. Der Scanner arbeitet also nach

4ϊ dem Autokollimationspnn/ip

Rotiert das Spiegelrad 5 im angezeigten Drehsinn, so verschiebt sich der vom Parabolspiegel 7 reflektierte Strahl in der angegebenen Richtung parallel, wobei der Abtastfleck 3.) die Materialbahn 8 auf der Abtastlinie 14

in abtastet. Die Anordnung ist so gewählt, daß fur emc Abtastung nur jeweils ein Spiegel 4 des Spiegelrades 5 benutz! wird. Bei in Pfeilrichtung bewegter Material bahn 8 erfolgt so eine zellenförmige, lückenlos Abtastung der Bahn auf djr Lange der Abtastlinie 14.

^eh'itcllen auf der Materialbahn werden vom Abtastfleck 3a erfaßt und gelangen über Parabolspiegel 7. Spiegelrad 5. Lins«. 11. halbdurchlässigen Urdenkspifcgel 2 und Linse 12 auf den Photodetektor Π, der sie in elektrische Fehlei impulse umsetzt Zwischen Parabol spiegel 7 und Vtatenalbahn 8 ist ein das sichtbare Spektrum absorbierendes Infrarotfilter 15 eingeschaltet, wenn photugraphisches 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 16 derart im Strahlengang angeordnet, daß sie vom abtastenden Strahl überstrichen wird

und vor Beginn einer jeden Abtastung einen Zeilenstnrt· impuls liefert. Zur Erzeugung dieses Zcilenslariimpulscs können auch andere Mittel verwendet werden, /. B. eine induktive Abtastung des Spiegclradcs. In dem Ausführungsbeispiel mit einer 7 ein breiten Abtastung, das ι entspricht der Länge der Abtasllihie 14, beträgt die Drehzahl des Spiegclradcs 50 U/sec. Bei einer Anzahl von 16 Spiegeln 4 ist demnach die Abtastfrcqucnz 800 l-lz und damit die Gesamldurchlaufzcit für einen Spiegel 4, das ist die Summe der aus der eigentlichen Abtastzeit T_n auf der Bahn 8 und einer gewissen, durch die Geometrie und die Spiegel/nhl bestimmten Dunkel zeit T,i /wischen zwei Spiegeldurchgiingcn. /=1.25 ms Bei einer Bahngeschwindigkeit von / B 40 m/nun erhall die Bahn 8 in dieser Zeit (1.25 ms) einen Vorschub von 0.83 mm.

F i g. 2a zeigt das vom Pilotempfänger 13 aufgenommene Signal für eine Zeilenabtastung bei fehlerfreier Bahn. Das Signal ist nur durch die normalen Öberflächeneigenscliaften der Bahn moduliert. Ute H) Abtastung erfolgt von links nach rechts. 17 ist daher der von der Oberfläche der Bahn abhängige Hcreinlaufimpuls. 18der zugehörige Herauslaufimpuls. T- 1.25 ms ist die Gesamtdurchlaufzeit eines Spiegels, die sich aus der Abtastzeit 7"_aundder Dunkcl/eit Tjzusammensct/t.

In Fig. 2b ist der zugehörige, vor jeder Zeilenabtastung liegende von der Photodiode 16 aufgenommene Zeilenstartimpuls 19 dargestellt.

Fig. 3a zeigt das Blockschaltbild für die Verschiebung der je Abtastzeile erzeugten Zcitmarke (Zeitmar ken) und Fig. 3b das dazugehörige Impuls-Zeitdiagramm für zwei aufeinanderfolgende Zeilenabtastungen des Scanners (Fig. I und Fig. 2). Zur besseren Erkennung der Wirkungsweise der elektronischen Schaltung werden F i g. 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 Hereinlaufim- -to puls. 18 der Herauslaufimpuls für die erste Abtastzeile. 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 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 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 Rechteckimpüls vorgegebener Breite Ti liefert (F i g. 3b-d), dessen L-O-Flanke zeitlich hinter den von der Oberfläche der Materiaibahn 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 unterdrückt Die Zeit 71 des monostabilen Multivibrators wird abhängig von der Breite des abzutastenden Materialbandes eingestellt Das Materialband sollte zweckmäßig symmetrisch zwischen den Hereinlaufimpulsen 17 bzw. 17' und den Herauslaufimniilsen 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 Zcilkonslaliien des monostabilen Multivibrators beliebig innerhalb der Abtastzeile verschoben werden. Das Ende des Abtastbereichs des Scanners und damit clic abzutastende Malerialbrcile wird mit dem später beschriebenen Schrittvorwahlzälilcr 35 festlegt. Die L-0-Ffänke des positiven Rechtcckimpulses am Ausgang des monostabilcn Multivibrators 22 steuert ein /?5-Flip-Flop 23 nn und setzt Über den 5-Eittgang 24 dessen Ausgang 25 auf positives (L) Potential (F i g. 3b-e). Mit dieser 0-L-Flanke wird ein Bit über den¹ Eingang 26 in den Zähler 27 eingezahlt (so (IaQ dessen Inhalt von 7. B Null ausgehend jei/i I ist), gleichzeitig wird cm weiterer Zahler 28 über den Steucrcingang 29 /ahlbereit gcnuiclil. Der Clockeingang 30 des Zählers 28 wird kontinuierlich von einem Taktgeber Jl. hier im Ausfiihrungsbeispiel ein Rechteckgenerator mit einer Frequenz Vi= I Γ₂ = 8Ι9 200 Hz gespeist. Der Zähler 28 kann jedoch erst diese Werte übernehmen, nachdem das vom Ϊ iip-Fiop 25 gelieferte pmiiivc Siginii an liefen Eingang 29 anliegt (Fig. 3be). Sobald dieses I.Signal nicht mehr anliegt, ist der Zähler nicht mehr /ählbereit und wird auf Null gesetzt. Die Inhal'e der Zähler 27 und 28 werden einem Vergleicher 32 zugeführt, der bei gleichen Inhalten der Zähler 27 und 28 an seinem Ausgang 33 ein Signal liefert. Dieses Signal setzt über den P-Eingang 34 des Flip-Flop 23 dessen Ausgang 25 wieder nach Null. d. h. der Inhalt des Zählers 28 wird über dti Eingang 29 gelöscht. Der /eilcnstartimpuls 19' der folgenden Zeile (F i g. 3b-b) liefert in gleicher Weise wie oben beschrieben über den Verstärker 20. den Schmitt-Trigger 2». das monostabile Zeitglied 22 eine weitere L-0-Flanke. die das Flip-Flop 23 setzt. Die am Flip-Flop-Ausgang entstehende 0-L-Flanke zählt ein weiteres Bit in den Zähler 27. dessen Inhalt jetzt mit 2 bewertet ist und macht den Zähler 28 zählbereit, der jetzt von 0 bis 2 zählen muß, bevor der Vergleichcr ermittelt, daß die Inhalte der Zähler 28 und 27 gleich sind. Dieses Gleich-Signal setzt das Flip-Flop 23 wieder in seine Ausgangslage, d. h. O-Potential am Ausgang 25. zurück. Die Zeit fdes Ausgangssignals des Flip-Flop 23, d. h. die Zeit, während der Ausgang 25 auf L-Potential lieg». ^;s '*ii vanabe! und wird von Abtastzeile zu Abtastzeile um T₂ vergrößert (F i g. 3b-e und 3b-f). Es ist also der Zusammenhang gegeben f=n T2. wobei η die Anzahl der Abtastzeilen ist. Die L-0-Flanke des Flip-Flop 23 verschiebt sich also jeweils um einen Schritt 7? von Abtastzeile zu Abtastzeile über den zulässigen Abtastbereich des Scanners, dessen Beginn, wie beschrieben, durch die 0-L-Flanke des Flip-Flop 23 festgelegt wurde (F i g. 3b-e und 3b-a). Durch die L-0-Flanke des Flip-Flop 23 (Fig.3b-e) ,^ die Zeitmarke 34 bzw. 34' für die folgende Abtastzeile, d. h. der Zeitpunkt der Abfrage des am Scanner anstehenden Signals definiert Während der Scanner zeilenweise abtastet wird also die Zeitmarke 34 in Schritten von Tj pro Abtastzeile verschoben. Die Abfrage des anstehenden Scanner-Signals (Fig. 3b-a) erfolgt also an der über den Abtastbereich wandernden Zeitmarke. Das Ende des Abtastbereichs ist durch die Anzahl π der Schritte segeben; π wird in dem Schrittvorwahlzähler 35 festgelegt Hat der Zähler 27, der mit dem Eingang 36 des Schrittvorwahlzähters 35 verbunden ist die vorgewählte Schrittzahl π erreicht ist das Ende des Meßbereichs, über den die Zeitmarke verschoben wird, erreicht und der Zähler 27 wird über den Eingang 37 auf Null gesetzt so daß der Vorgang der Zeitmarkenverschiebung wieder von vorn beginnen kann.

Der Vorgang sei nn einem Zahlciibcispicl näher erläutert:

Hei einem optischen Scanner mil einer Abtastgeschwindigkeit auf der abzutastenden Bahn von /.. B.

Vt= 65,6 m/s = 0.0656 mm/|is
und der im Eicispicl angegebenen Takifrequenz

.,.j-l/r₂ = 8i9 200H-/
ergibt sich für

T₂= Uv₂ = 1/819 200= 1.22 · 10-⁶S=* 1.22 _}ts.

Miin erhalt bei diesem Ausfuhrungsbcispicl eine auf den Meßbereich bezogene örtliche Verschiebung der Zeitmarke ( = Ablasimarke) 34 b/\v. 34' (I ι g. 3b-a) von Ablast/eile /u Abiasi/eile

x - Tj V=COb¹JbIHmZpS 1.22 us = 0.08 mm.

Bei c»>er Schnttvorwahl von H= 500 ist es möglich, eine □aiiiibf ciii*

b=n ■ \ = 500 0.08 mm =40 mm

abzutasten. Mit der Schriltvorwahl η kann also bei vorgegebener Abtastgeschwindigkeit VundTakizeil Ti der Abtastbereich des zu prüfenden Materialbandcs festgelegt werden. Da die Verschiebung der Zeitmarke um den Betrag χ von Zeile zu Zeile, d. h. also jeweils nach der Scanzeit T= 1.25 ms erfolgt, ergibt sich die Zeit für das Durchschieben der Zeilmarke ( = Abtastmarke) über den Abtaslbereich aus der Beziehung

π Γ= 500 · U5= 625 ms = 0.625 s.

Dieses Zahlenbeispiei ist willkürlich gewählt. Durch Wahl und Kombination der einzelnen Parametei läßt sich leicht erreichen, daß z. B. durch Vergrößerung der . Schrittzahl η bei vorgegebener Abtastbreite der Einzelschritt χ verkleinert und damit die Auflösung bei der Signalerkennung vergrößert wird. Wie aus dem Zahlenbeispiel zu ersehen ist. ist die Schrittgröße ν der Zeitmarke von Abtastzeile zu Abtastzeile abhängig von der Abtastgeschwindigkeit Kdes Scanners, d. h. also von der Drehzahl des Antriebsmotors des Scanners, und der Taktfrequenz V₂ = 1 / T₂.

Eine Synchronisierung des Motors 6 mit der '■Taktfrequenz ist bei der Verwendung von Synchroiimo^atoren zwar nicht erforderlich, erhöht jedoch die "Funktionssicherheit des Verfahrens. Diese Synchronisierung kann z. B. in folgender Weise geschehen •^r(Fig. 3a): Die Frequenz der vom Taktgeber 31 erzeugten Rechteckimpulse wird mittels des Frequenzteilers 38 auf 50 Hz Rechteckimpulse heruntergiUeilt. Der an dem Frequenzteiler anschließende Tiefpaß 39 erzeugt durch Ausfilterung der Oberweilen 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 umgekehrter Weise erfolgen, indem der Taktgeber von einem am Motor angebrachten Signalgeber synchronisiert wird.

Die Erkennung eines Fehlers als Längsfehler ist auch mit nur einer Abtastmarke möglich, wenn der beim Verschieben der Abtastmarke Ober den Meßbereich gefundene Fehler bahnbreitenbezogen eingespeichert wird und anschließend geprüft wird, ob der Fehler beim folgenden Durchfahren der Abtastmarke an der gleichen Steile innerhalb der vorgegebenen Toieranz wieder auftritt. Dies sei in F i g. 4 veranschaulicht. 41 sei ein Längsfeder auf der Materialbahn 8. die sich in angegebener Pfeilrichtung bewegt. Die z. B. von links nach rechts sich über die Bahnbrcile verschiebende Zeitmarke 34 (F i g. 3b) beschreibt relativ zur bewegten

ι Bahn den Weg 42 für den ersten und 43 für den folgenden Durchgang. Es muß nun gCpfüfl werden, üb der an der Stelle 44 beim ersten Durchgang erkannte Fehler an der gleichen Bahnbreitenstelle 45 beim zweiten Durchgang innerhalb einer bahnbreitenbezoge-

in nen ToleranzΔ, gekennzeichnet durch die beiden Linien 46 und 47, wieder gefunden wird.

Fi g 5ä zeigt ein Ausfiihrllflgibetepiel einer Schaltung zur Durchführung dieser Prüfung. F ι g. 5b das zugehörige Impuls-Zcitdiiigramm für zwei aufeinanderfolgende

Ij Durchgänge der Abtastmarke. Zum besseren Verstand ms werden beide Abbildungen parallel betrachtet.

Knisprechend der Fig. 4 habe die Zeitmnrke im ersten Durchgang 42 den Fehler 41 an der Stelle 44 passiert und erkannt. Dieser Zeitpunkt 48 ist in

Fig. 5b-b dargestellt. Beim folgenden Durchgang 43 werde der Fehler 41 an der Stelle 45 erkannt. Dies entspricht dem Zeitpunkt 48' in Fig. 5ba. Das zugehörige Fehlersignal 49' ist in Fig. 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. 5bc). 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 bahnbreitenbezogene Lage der durch den Zähler 53 bestimmten Toleranzbreite Δ so festzulegen, daß beim folgenden Durchlauf 43 eine symmetrische Lage des Toleranzbe reichs 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. F i g. 3b-c) die Zeilensiartimpulse 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 (F i g. 5b-c). Dadurch wird auch das SR 55 über den nun auf Null liegenden Eingang 59 in der Weise gesperrt, so daß nichts mehr eingegeberi wird, aber der bis dahin eingelesene Inhalt Δ über den Eingang 57 taktweise

(fi-yjSchritte weitergeschoben wird. Da das SR selbst nur eine Länge von in — -=-!Bit hat und der Inhalt Δ Schritte beträgt, beginnt das Herausschieben nach f~=Ä\ Schritten und ist nach! n—y!Schritten beendet.

Während des Herausschiebeiis des Toleranzbereiches Δ liegt der Eingang 60 des Und-Gatters 61 auf L-Potential (Fig. 5b-e), so daß nur die von der Abtastmarke erfaßten Fehler, die bahnbreitenbezogen innerhalb der Toleranz Δ liegen (F i g. 5b-a. F i g. 5b-b) über den Eingang 62 des Und-Gatters 61 am Ausgang des Gatters ein Signal erzeugen (F i g. 5b-f). also detektiert werden können. Dies ist bei Längsfehlern der Fall. Da das beschriebene Verfahren der Bahnbreitenzuordnung immer wieder vom deteklierten 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 iängsorieniierten Fehlern in bezug auf die Bahnbreite mittels einer

festen Kanaleinleiliing einen wesentlichen Vorteil, d» hierbei immer die beidseitig angrenzenden Nachbar· kanälc mit in Betracht gezogen werden müssen.

F i g. 6 zeigt das Blockschallbild der Auswcrtcclckironik zur Liingsfehlercrkcnnung. Zur besseren Erklärung der Wirkungsweise der elektronischen Schaltung werden Fig.6 -Jnd Fig. 3b nebeneinander betrachtet. Das vom Photoempfänger 13 (s. auch Fig. I) erzeugte Signal der durch die Eigenschaften der Bahnoberfläche modulierten reflektierten Strahlung wird im Verstärker 63 breitbanclig verstärkt und gelangt auf den Eingang eine«; sowohl für positive als mich für negative Eingangsamplituden geeigneten Sample and llold-Glie des 64. Das am Ausgang des Verstärkers 63 erhaltene Signal ist in Fig. 3ba für /wci aufeinanderfolgende Zeilenabtastungen des Scanners dargestellt. Der Aus gang 25 des Flipflops 23 (Fig. 3a) ist mit dem Steuereingang des Sample and Hold-Gliedes 64 verbunden. Liegt der Steuereingang des Sample and Hold Glied?* 54 litif L-Potential. d^^Q ^lKt also wahrend der Zeit ι (Fig. 3b-e). so ist die Funktion »Sample« eingeschaltet, liegt er auf 0-Potential, so ist die Funktion »Hold« eingeschaltet An der Zeitmarke 34 bzw. 34' (F i g. 3b) wird also jedesmal von »Sample« auf »Hold« umgeschaltet, während an den 0-L-Übergängen auf »Sample« geschaltet wird. Die Funktion »Sample« bedeutet, daß am Ausgang des Sample and Hold-Glie· des stets das Eingangssignal vorhanden ist. während nach dem Umschalten auf »Hold« der zu diesem Zeitpunkt am Eingang anstehende Signalwert am Ausgang für die Hold-Zeit als fester Spannungswert erhalten bleibt. Der Ausgang des Sample and HoldGliedes 64 ist mit zwei Spannungs-Frequenzwandlern 65 und 66 verbunden, wobei der eine 65 für positive Eingangssignale, der andere 66 für negative Eingangssignale geeignet ist. Sie haben die Aufgabe, während einer genau definierten Wandelzeit Ti 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 Wandelverhältnisbeträ-ςί IO kHz/V.

Die Wandelzeit 7"j wird, wie weiter unten näher erläutert wird, für den an der Abtastmarke 34 bzw. 34' festgehaltenen und im Sample and Hold-Glied 64 gespeicherten Momentanwert für das Ausführungsbeispiel gleich 7jgewä"h!t (F i g. 3b-a und 3b-g).

Der Ausgang des vom Flip-Flop 23 mit der L-O-Flanke (Fig. 3b-e) getriggerten monostabüen Multivibrators 67 zur Erzeugung der Wandelzeit Tj ist mit den Triggereingängen der Spannungs-Frequenzwandler 65 und 66 verbunden, so daß die Wandlung des anstehenden Signals nur während der Wandelzeit Tj erfolgt (Fig.3b-g). Die Wandelzeit Tz wird im Ausfühmngsbeispiel zweckmäßigerweise gleich Ta gewählt weil beim Eintreffen der Zeitmarke (Abtastmarke) 34 bzw. 34' am rechten Rand des Abtastbereichs mindestens die Wandelzeit T₃- Trfzur Verfügung steht, bevor die Zeitmarke den nächsten Durchgang am linken Rand des Abtastbereichs wieder beginnt Bei kleiner gewählten Abtastbereichen kann die Wandelzeit entsprechend verlängert werden. Die Wandelzeit 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-frcquenz Wandlers 65 an den Vorwäriseingang 69 und der Ausgang des Spannuiigs-Frequenzwandlers 66 an den Riickwiirtseingang 70 des Zählers 68 angeschlossen ist ■> Der Vor-Rüekwärts-Zähler 68 hat eine wählbare Voreinstellung, z. B. die Zahl 32. Des weiteren sind zwei Ausgänge des Zählers angewählt, der Ausgang 71 /.B. mit der Zahl 64, der Ausgang 72 mit der Zahl 0. Das bedeutet, gelangen Impulse auf den Eingang 69. so werden sie ab der Zahl 32 »vorwärts« gezählt. Ist die Vorwahl 64 erreicht, so erscheint am Ausgang 71 ein Impuls. Dies ist dann nach genau 32 Eingangsimpulsen der Fall. Gelangen andererseits Impulse auf den Rückwärtscingang 70. sn werden sie von der Voreinstel lung 32 beginnend »rückwärts« gezählt, bis nach ebenfalls 32 Impulsen die /ahl 0 erreicht wird und am Ausgang 72 ein Impuls entsteht. Die Ausgange 71 und 72 des Zählers 68 sind über Jas Oder-Galter 73 zusammengefaßt.

Der Ausgang des Schmitt-Triggers 21 (s. auch Fig. 3a), der den genormten Zeilcnstartimpuls 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, aus dem durch den monostabüen 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 voreingestellt wird. Anhand eines Beispiels wird zur besseren Verdeutlichung die Wirkungsweise der bisherigen Anordnung näher erläutert. Narhdem der Zähler 68 durch die vorher beschriebene Anordnung auf die Voreinstellung 32 gebracht worden ist, beginnt wieder die erste der acht Zeilenabtastungen des Abtastzyktus.

Während der ersten Zeilenabtastung sei der Signal-Momentanwert 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 7"j von z. B. 500 \is in den Vorwärtseingang 69 des Zählers 68 eingezählt. Das entspricht bei dem angegebenen Wandelverhältnis von 10 kHz/Volt einer Anzahl von

I0⁴ · 0.4 5 10-< = 2 Impulsen.

so Der Zähler 68 hat damit den neuen Wert 32 -f 2 = 34. Bei der folgenden, zweiten Zeilenabtastung sei der Signal-Momentanwert an der Zeitmarke 34' z. B. -1.2 Volt. Dieser Wert wird entsprechend vom Spannungs-Frequenzwandler 66 in eine Impulsfolge umgesetzt und ebenfalls während der Wandelzeit 73=500 us auf den Rückwärtseingang 70 des Zählers 68 gegeben, so daß vom dort vorhandenen (eingespeicherten) Wert 34 nunmehr

10* · \2 ■ 5 ■ ΙΟ-»=6 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 Abtastzyklus beginnt

Da sowohl durch die Baftnbewegüng wie auch zusätzlich durch die Bewegung der Zeitmarke über den

Ab.usiLiiretch iHe Abfrage an der Zeitmarke sich auf immer andere Bereiche der Bahn erstreckt, erscheint das in Fig. 3b-a dargestellte Oberflächen-ßahnrausehen statistisch verteilt, so daß sich durch den oben beschriebenen Vorgang der digitalen Mittelwertbildung *> für z. B. je acht Abtastungen (Abtastzykli¹·?) das OberfläLhenrauschen der Bahn herausmittcll, 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. in

Liegt dagegen ein Längsfchler vor. so erscheint innerhalb des statistisch verteilten Bahnrauschens während der Abtastungen ein stets gleichförmiger positiver oder negativer Impuls, der während des Durchgangs der Zeitmarke dann von dieser schrillweise r> (Schrittlänge x; überfahren und dabei laufend an einer anderen Stelle abgetastet wird. Dir da/u benötigte /en betragt bei acht Abtastungen

8 Γ=8 ■ 1.25 ms= IO ms. >n

Solange miiP also, bezogen auf dieses Ausführungsbeispiel, der Fehlerinipuls beim Durchlaufen der Zeitmarke an dieser (bei Ausnutzung aller acht Abtastungen) anstehen. Dies ist selbst bei schmalen Impulsen der Fall, ϊΐ da die Durchgangsgeschwindigkeit der Zeitmarke mit

V₁ = v/T= 0.08/1.25 mm/ms = 0.64 mm/10 ms

»ehr langsam ist. Da es sich bei Längsfchlerimpulsen um gleichförmige Impulse riandelt. beispielsweise üfn einen (immer) positiven Fehlerimpuls, erfolgt hier bei jeder Abtastung die Spannungs-Frequenz-Wandlung im Spannungs-Frequenz-Wandler 65 (Fig. 6). so daß nur Impulse über den Vorwärtseingang 69 des Zählers 68 eingezählt werden. Der Fehlerimpuls wird als Fehler erkannt, wenn nach acht Abtastungen ausgehend von dem voreingestellten Zählerinhalt 32 weitere 32 Impulse eingezählt 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 acht Ablastungen des Fehlerimpulses gerade +0.8 Volt beträgt. Denn es ergibt sich bei dem Wandelverhältnis des Spannungs· Frequenz-Wandlers 65 von 10 kHz/Volt, der Wandelzeit T₃ = SOO \isuna acht Abtastungen für die Anzahl der in den Zähler 68 eingezählten Impulse:

I0¹ · 0.8 500 · 10 " · 8= 12.

Die Amplitude des 1 ehlenmpulscs kann durchaus auch gleich oder kleiner als die Amplitudenwerte des Bahnrauschens sein, da das Rauschen wegen der llerauimiltlung keinen Einfluß auf die Fehlererkennunp hat.

Die Erkennung negativer Längsfohlcr-Inipulse geschieht in analoger Weise. Hier wird gegenüber der oben beschriebenen F.rkennung positiver Fehler dann der Spannungs-Frequenz-Wandler 66 wirksam, der auf den Rückwärfseingang 70 des Zählers 68 geh!, indem dann von der voreingesiellten Zahl 32 subtrahierend gezahlt wird. Wird die Vorwahl 0 erreicht, erscheint am Ausgang 72 und damit am Ausgang des Oder-Gatters 73 ein Impuls.

Damit nur Längsfeder und keine punktförmigcn Fehler erkannt werden, muß geprüft werden, ob der bei einem Durchgang der Zeitmarke gefundene Fehler im jeweils darauffolgenden. Durchgang der Zeitmarke bahnbreitenbezogcn innerhalb einer vorgegebenen Toleranz Δ erneut detekliert wird. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Oder-Gatters 73 mit dem Eingang 50 des Flip-Flops 52 der bereits anhand der F i g. 5a und 5b beschriebenen Schaltung /ur Prüfung der Zuordnung eines Längsfehlers in bezug auf die Bahnbreiic verbunden. Die in dem Ausführungsbeispiel zur besseren Verdeutlichung angegebenen Zahlen sind willkürlich. Sie können durch beliebige, dem Problem angepaßte Werte ersetzt werden.

Das oben beschriebene Verfahren zum Verschieben der Zeitmarke über den Abtastbereich kann natürlich leicht auf mehrere Marken erweitert werden, die nacheinander in einem definierten konstanten Abstand über den Abtastbereich gefahren werden und nn denen getrennt nach dem beschriebenen Verfahren der Mittelwert gebildet wird. Wird an einer Zeitmarke ein Fehler detekliert. so muß /ur Prüfung. «>b ein LängsfeMer vorliegt, an der jeweils im konstanten Abstand folgenden Zeitmarke der Fehler bnhnbreitenbezogen an der gleicliv-n Stelle innerhalb einer vorgegebenen Toleranz wieder gefunden werden. Die Benutzung mehrerer Zeitmarken 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 Zeichnungen

Claims

26 Π 539 Patentansprüche:

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

Zeitpunkten jeweils wahrend einer Anzahl von Zeilenabtastungen erhaltenen elektrischen Signale getrennt gemittelt werden und eine Fehleranzeige nur erzeugt wird, wenn für zwei oder mehrere aufeinanderfolgende verschiebbare Zeitpunkte jeweils für die gleiche Stelle innerhalb der Abiastperiode ein Fehlersignal auftritt.