DE2621109B2 - Verfahren zum Feststellen von Fehlern auf einer laufenden Materialbahn durch optisch-elektrische Überwachung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feststellen von Fehlern auf einer laufenden Matcrialbahn durch optisch-elektrische Überwachung, bei dem Abtastungen quer zur Materialbahn erfolgen und durch Mittelung mehrerer materialfehlerfreier Abtastsignalverläufe eine Bezugsgröße gebildet und gespeichert und aus jedem folgenden Abtastsignalvcrlauf und der gespeicherten Bezugsgröße ein Diffcrenzsignal zur Fehlerdiskriminierung gebildet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Abtasteinrichtung, einer Einrichtung zur Bildung der mittleren BeziigsgröBe. einem digitalen Speicher für die Bezugsgröße. einer Einrichtung /ur llildiing des Differcnzsignal.·, ans der Beziigsgröi.te und den folgen den Abtastsigrialverlaufcn und einer Amplinidendiskn minatoremrichtung. der ein vom Differenzsignal abhängige-Signal zufiihrbar ist.

Zum Feststellen von stellenweisen Fehlern und Streifen in MateriaJbahnen muß eine Überwachungsvorrichtung eine konstante Empfindlichkeit gegenüber Fehlern haben, die an irgendeinem Punkt bei der vollen Abtastung quer zur Materialbahn auftreten können. Bei 5 Verfahren zum Kompensieren von Änderungen der Empfindlichkeit von Abtastungen hat man bisher vorausgesetzt, daß die optische und elektrische Empfindlichkeit der Abtasteinrichtung über jede Abtastzeile konstant bleibt Für eine Überwachung, an die Hochpräzisions-Anforderungen gestellt werden, trifft diese Voraussetzung jedoch nicht zu, und es ist notwendig, eine Vorrichtung zu verwenden, die Änderungen der optisch/elektrischen Empfindlichkeit während jeder Materialabtastung (d.h. über das normalerweise erzeugte Abtastsignal) korrigiert

So wird bei dem in der DE-OS 24 36 110 beschriebenen Verfahren ein Emulsionsfehlerdetektor verwendet der sich quer über die Materialbahn erstreckende Fehler abtastet z. B. Kratzer, die bewirken, daß der gesamte Abtastsignalverlauf (Grundsignal oder Sockelsignal) relativ zur Nulltnie verschoben wird. Die Überwachungsvorrichtung enthält ein digitales Register zur Speicherung einer Bezugsgröße, die durch Mittelwertbildung der Amplituden von Abtastsignalverläufen, die 2ί sich bei mehreren Abtastungen eines fehlerfreien Materialbahnabschnitts ergeben, gebildet wird. Ferner enthält sie einen Integrator, der die Differenzen zwischen dem gespeicherten Bezugswert und den Amplitudenwerten aller folgenden Abtastsignalverläufe aufsummiert, sowie einen Amplitudendiskriminator, der feststellt ob die jeweiligen Summen vorbestimmte Schwellwerte überschreiten.

Bei diesem Verfahren ist mithin die Bezugsgröße während einer Abtastperiode konstant. Wenn sich die j-, zur Mittelwertbildung herangezogenen Abtastsignalverläufe aufgrund von Störeinflüssen, die durch die Abtasteinrichtung hervorgerufen werden und sich im wesentlichen bei jeder Abtastung wiederholen, im Verlauf einer Abtastperiode zeitlich ändern, ist auch der zeitliche V erlauf des Differenzsignals, selbst wenn kein Materialfehler vorliegt nicht konstant. Wenn die durch die Abtasteinrichtung hervorgerufenen Störeinflüsse gleich oder größer als die durch einen Materialfehler bewirkte Änderung des Differenzsignals sind, kann der 4". Materialfehier nicht durch eine einfache Amplitudendiskriminicrung durch Vergleich mil einem Schwellwert festgestellt werden. Im bekannten Fall schließt sich daher noch eine Integration des Differenzsignals über eine Abtastperiode an, deren Ergebnis in dem Fall, daß in kein Materialfehler vorliegt, praktisch Null wäre, weil der Mittelwert praktisch Null ist. Wenn dagegen ein Materialifehler auftritt, liefert die Integration einen merklichen Wert, der /ur Amplitudendiskriminierung verwendet werden kann. Durch die bei der Integration bewirkte Verzögerung wird der Materialfehler jedoch an einem anderen Koordinatenwert in Abtastrichtung festgestellt als er tatsächlich auftritt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen wi Art anzugeben, bei denen weitgehend unabhängig von Störeinflüsscn der Abtasteinrichtung das Feststellen von Fehlern ortsgetreu mit hoher Genauigkeit und möglichst geringem Aufwand möglich is'.

Diese Aufgabe ist vcrfahrcnsniäßig nach der Erfin- <■■ dung dadurch gelöst, daß die He/ugsgröße vin „us einei I Iberlagening meiirerer Abtastsignalverlaufe Λ /usammenuesL't/tei Sinnalv .1 lauf R i't. wobei dicicniiren Amplitudenwerte der zu überlagernden Abtastsignalverlgufe, die zu gleichen Abtastkoordinatenwerten in der Abtastrichtung gehören, addiert werden und die durch die Anzahl der überlagerten Abtastsignalverläufe Λ dividierten Summenamplitudenwerte die jeweiligen Amplitudenwerte des Bezugssignalverlaufs R bilden.

Vorrichtungsmäßig besteht die Lösung darin, daß die folgenden Bauelemente in der Reihenfolge ihrer Aufzähiung hintereinander angeordnet sind: ein erster digitaler Speicher, der synchron mit den Abtastungen betreibbar ist und Adressenspeicherplätze für eine repräsentative Anzahl von in vorbestimmten Abtastintervallen während einer Abtastung ermittelten Amplitudenwerten sowie eine zur Speicherung des entsprechenden Wertes der aufsummierten Amplitudenwerte einer solchen Anzahl von Abtastsignalverläufen A ausreichende Kapazität aufweist, die die Berechnung eines akzeptablen mittleren Bezugssign&Iverlaufs R gestattet ein digitaler Dividierer zur Berechnung des mittleren Bezugssigjnalverlaufs R durch Dividieren der abgetasteten aufsummierten Amplitudenwer-·; der Abtastsignalverläufe A durch die Anzahl dir aufsummierten Abtastsignalverläufe A, ein erster digitaler Addierer zum Berechnen des Differenzsignalverlaufs A-R aus den entsprechenden Amplitudenwerten des Bezugssignalverlaisfs /?und denen der folgenden Abtastsignalverläufe A, so daß alle folgenden Abtastsignale A geglättet werden, aber die sich auf Materialfehler beziehenden Signale erhalten bleiben, und die Amplitudendiskriminatoreinrichtung zur Feststellung vor Materialfehlersignalen in dem Differenzsignalverlauf A -R.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß der charakteristische Verlauf der Abtastsignale (das Grundsignal) auch im Bezugssignal wiederkehrt, so daß, wenn kein Materialfehler vorliegt, der Differenzsignalverlauf praktisch Null ist. Wenn ein auf die Mittelwertbildung folgender Abtastsignalverlauf jedoch einen Materialfehler wiedergibt, tritt dieser auch deutlich im Differenzsignalverlauf in Erscheinung. E- kann daher durch eine unmittelbare Amplitudendiskriminierung festgestellt werden, wobei sich auch mit größerer Genauigkeit gleich der Koordinatenwert des Materialfehlers in Abtastrichtung ergibt.

Die sich bei der optisch elektrischen Überwachung fotografischer Filme ergebenden unebenen Grundsignale lassen sich durch zwei Operationen kompensieren: 1) das Speichern eines logarithmisch behandelten, charakteristischen, unregelmäßigen Bezugssignals R in dem ersten digitalen Speicher und 2) Differenzbildung zwischen jedem neuen logarithmisch behandelten Abtastsignal A und dem gespeicherten Bezugssignal zur Bildung eines entsprechenden logarithniischen Verhältnisses log A/R. Das kompensierte (geglättete) augenblickliche, durch das logarilhmische Verhältnis gebildete Differenzsignal, das auf diese Weise erhalten wird, zeigt in wahrer Perspektive die Amplituden der Fehler-Signale, die zuvor in den unebenen, sich wiederholenden Abschnitten des Grundmaterials verborgen waren und erleichtert dadurch die Feststellung der Fehler durch bipolare Amplitujendiskriminatoren.

In weiterer Ausgestaltung werden Streifen dadurch festgestellt, daß die Amplituden der augenblicklichen Differen/signale während mehrerer Abtastungen in einem /weiten Speicher nachein-indcr atifsummiert werden. Dieses Verfahren wird »kohärente Addition« bezeichnet. Durch C.as Auisummieren dieser Diffcren/-signale wird der Aufbau von in den Grundsignalen erscheinenden Störgeräuschen betrren/l. w ührcid fort-

dauernde Verschiebungen der Signalpegel, wie sie durch in Material-Längsrichtung verlaufende Streifen hervorgerufen werden, rasch anwachsen. Der zweite Speicher wird automatisch zurückgesetzt, wenn die Summe eine ausreichende Zahl von Abtastungen enthält, um einen -, guten zeitlichen Durchschnitt der Differenzsignale zu erhalten.

Ein anderes Schema kann benutzt werden, um die augenblicklichen Differenzsignale aufzusummieren. wenn Pegelverschiebungen in Materialbahn-Längsrich- in tung mit niedriger Frequenz auftreten, was dadurch geschehen kann, daß die Materialbahn über achsverschobene Walzen geführt wird oder daß andere Gründe, wie ein Bahnflattern, vorhanden sind, die zur Feststellung eines fehlerhaften Produkts führen. In diesen Fällen ι > kann die Aufsummierung dieser periodischen Spannungspegeländerungen durch eine digitale Differenzierung wirksam unterdrückt werden, bei der die abwechselnden augenblicklichen Differenzsignaie invertiert und zu den in der Adresse verschobenen gespeicherten partiellen Summenwerten der augenblicklichen Differenzsignalverläufe, die in dem zweiten Speicher gespeichert sind, addiert werden.

Im allgemeinen umfaßt die vollständige Ausgleichsund Streifenfeststellvorrichtung gemäß der Erfindung r> für Überwachung eines fotografischen Films einen Analog-Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer), zwei RAM (Direkt-Zugriffs)-Speicher, zwei Digital-Analog-Umsetzer (D/A-Umsetzer) und verschiedene digitale Steuerschaltungen und arithmetische Schaltungen, die in zwei jn benachbarten Schleifen angeordnet sind. Jede Schleife ist mit einem RAM-Speicher und einem Addierer-Subtrahierer versehen und arbeitet in zwei voneinander unabhängigen Betriebsweisen.

In der ersten Betriebsweise wird der mittlere η Bezugssignalverlauf erzeugt. Die Elemente in der ersten Schleife dienen zunächst dazu, die Amplitudenabtastwerte über die vorbestimmte Anzahl von Abtastungen aufzusummieren. dann mit Hilfe einer Schiebevorrichtung die Durchschnittsbildung zu bewirken, indem jeder w der in dem ersten RAM-Speicher gespeicherten binären Werte um eine vorbestimmte Anzahl von η Stellen in bekannter Weise verschoben wird, und schließlich die zweite Betriebsweise einzuleiten. Obgleich die gespeicherten Amplitudenwerte eines normalen Signalverlaufs unbegrenzt im Speicher aufbewahrt werden können, hat es sich für veränderbare Zustände bei den Materialrollen als wünschenswert herausgestellt, für jeden Materialdurchlauf (oder für jede Materialrolle) einen neuen Bezugssignalverlauf zu berechnen und zu speichern.

Bei der zweiten Betriebsweise werden zunächst die Differenzen zwischen den Amplitudenabtastwerten des in der ersten Betriebsweise gebildeten mittleren Bezugssignalverlaufs und den korrespondierenden Abtastwerten der augenblicklichen Materialabtastung gebildet und dann diese augenblicklichen Differenzsignale in einem von zwei wählbaren Wegen in dem RAM-Speicher der zweiten Schleife für eine spätere Diskriminierung aufsummiert Auf diese Weise werden auf der einen Seite nicht zugehörige Störgeräusche über eine Reihe von P Materialabtastungen (wobei P = die Zahl der in der zweiten Schleife vor der Speicher-Rückstellung aufsummierten Abtastungen) zu Null summiert und auf der anderen Seite die Amplitudenwerte von in Materialbahn-Längsrichtung verlaufenden Streifen zugeordneten Fehler-Signale rasch zu einem Wert aufsummiert der eine leichte FehlerfeststeHung ermöglicht. Die Geschwindigkeit, mit der das Fehlersignal im Speicher aufsummiert wird, steht in Abhängigkeit von der Stärke, der Beständigkeit und der Richtung des Streifens mit Bezug auf die Materialbahn-Längsrichtung. Die Rückstellung des zweiten RAM-Speichers erfolgt automatisch, wenn die Mittelwertbildung eine genügend lange Zeit erfolgt ist, z. B. über in der Größenordnung von P = 300 Abtastungen.

Eine Abwandlung des Verfahrens der direkten Aufsummierung, um Störungen in Materialbahn-Längsrichtung mit geringer Frequenz auszuschalten, besteht im Invertieren der augenblicklichen Differenzsignale und dem Verschieben der Adressenplätze der gespeicherten Teilsummenwerte in dem zweiten Speicher bei den geradzahligen (oder ungeradzahligen) Abtastungen. Dies ist äquivalent zu einer digitalen Differentiation, da kleine konstante Änderungen des Signalpegels im wesentlichen zu Null werden, während kleine Streifeniehierampiituden sich aufsummieren, jeuuu'ri nur liälu su schnell wie bei der beschriebenen direkten Aufsummierung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. t ein Blockschaltbild eines Grundsignalglättungsund Streifenfeststellungs-Systems,

Fig. IA eine System-Zeitgeber- und Adressierschaltung (S, TAC) mit den wesentlichen Eingangs- und Ausgangssignalen zum Betrieb des Systems.

Fig. IB eine Folge von Signalverläufen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Bauelemente in der Differentiations-Betriebsart,

Fig. IC eine andere Folge von Signalverläufen, die Wirkung einer Änderung der Speicheradressenverschiebung in der Differentiations-Betriebsart darstellt.

Fig. 2 eine Reihe von Signalverläufen, die an den angegebenen Punkten der Fig. 1 auftreten, und die Arbeitsweise des Systems, wenn kein störendes Rauschen mit niedriger Frequenz in Längsrichtung der überwachten Materialbahn vorhanden ist, und

F i g. 3 eine den Signalen der F i g. 2 entsprechende Darstellung, die die Arbeitsweise des Systems zeigt, wenn störendes Rauschen mit niedriger Frequenz in Materialbahn-Längsrichtung vorhanden ist.

Nach F i g. 1 wird ein analoges, logarithmisch behandeltes Eingangssignal A, das durch eine von mehreren quer zu einer zu überwachenden Materialbahn ausgeführten Abtastungen gebildet wird, an die Eingangsklemme eines A/D-Umsetzers 1 gelegt, dessen Ausgangsklemmen mit einem ersten Satz von Eingangsklemmen eines Addierers 2 verbunden sind. Dieser ist das erste von fünf eine erste Schleife bildenden Elementen und addiert jedem Amplitudenabtastwert des binär umgesetzten Eingangssignalverlaufs A einen binären koordinatengleichen bzw. aus dem gleichen Abtastintervall einer Abtastung stammenden Amplitudenabtastwert, der an einem zweiten Satz von Eingangsklemmen auftritt Letztere sind mit den Ausgangsklemmen eines EINS/NULL/WAHR/KOM-PLEMENT-Elements 4{l/0/T/C-Element) verbunden, das die gesamte Schleife in Abhängigkeit von nachstehend definierten Steuersignalen G. Ci steuert. Diese Steuersignale werden von der System-Zeitgeberund Adressierschaltung 7 (STACT), die in Fig. IA dargestellt ist, erzeugt und Steuerklemmen 14, 3 des 1/0/T/C-EIements 4 zugeführt Eine Leitung 8 verbindet die Klemme 3 desl/O/T/C-Elements 4 mit dem Addierer 2 um das Ergebnis in Zweier Komplementform zu

bringen, wenn binär invertierte und nicht-invertierte Einer-Komplement-Werte summiert werden, um die augenblicklichen Differenzsignale für die Eingabe in eine zweite (nachstehend noch beschriebene) Schleife während einer Betriebsweise Il /u erzeugen.

An die Ausgangsklemmen des Addierers 2 sind die Eingangsklemmen eines ersten Speichers 6 angeschlossen, el τ das Hauptelement in der ersten Schleife ist. Während einer Betriebsweise I erlaubt es ein Schreibbefehl 5 dem Speicher 6, daß er wiederholt den neuen vom Addierer 2 zugeführten Teilsummenwert der Abtastwerte gleicher Koordinaten in Abtastrichtung in der entsprechenden Speicherstelle, die durch ein Adressensignal H bestimmt ist, speichert. Während der Betriebsweise Il ist jedoch der Schreibbefehl 5 nicht vorhanden, so daß der Inhalt des Speichers 6 unverändert bleibt.

Der Speicher 6 kann ein Halbleiter-Speicher mit einem 16-Bit-256-Kanal-Dateneingabefähigkeit und einer Kapazität sein, die die Aufnahme von 9-Bit-Datenwörtern.die über 128 Abtastungen aufsummiert werden, gestattet. Jedoch kann jeder andere Speicher verwendet werden, der eine ausreichende Geschwindigkeit und Kapazität hat. um eine genügend große Summe von Eingangssignalverläufen aus einer genügend repräsentativen Anzahl von Amplitudenabtastwerten aufzunehmen.

Eine Verriegelungsschaltung 12 verbindet den Speicher 6 mit einem Dividierer 13 und dient dazu, den zuletzt im Speicher 6 gespeicherten Wert als Bezugssignal vährend derjenigen Zeiten festzuhalten, in denen der Inhalt des Speichers auf den neuesten Stand gebracht wird.

Um die Schleife /u vervollständigen, verbindet der Dividierer 13 die Ausgangsklemmen der Verriegelungsschaltung 12 mit den Eingangsklemmen des I/O/T/C-■i Elements 4. Der Dividierer 13 hat die Aufgabe, jeden der gespeicherten Teiisummenamplitudenwerte. die während 2" Abtastungen gebildet wurden, durch die Anzahl der Abtastungen zu dividieren, um den repräsentativsten mittleren Bezugssignalverlauf zu erhalten. Am

in Ende der Betriebsweise Il nach Empfang eines Schicbcsignals S_n von STAC7 an seinem Steuereingang 15 erfolgt im Dividierer 13 eine Rechtsverschiebung um η Stellen, wobei η der Zweier-Logarithmus (Logarithmus mit der Basis 2) der Anzahl der summierten

r> Abtastung ist, und dann invertiert er die an seinen Eingangsklemmen von der Verriegelungsschaltung 12 auftretenden binären Zahlen und überträgt er das invertierte binäre Quotientensignal ins I/O/T/C-Element 4.

Während der Betriebsweise I und einer Speicherrückstellungsphase, wenn das Schiebesignal S_n nicht am Steuereingang 15 vorhanden ist. bleibt der Dividierer 13 unwirksam und läßt er den invertierten Inhalt des Speichers 6 zum 1/0/T/C-Element 4 durch.

υ Die folgende Tabelle stellt die binären Steuersignalwerte und die zugehörigen Informationssignale in drei Betriebsphasen der ersten Schleife dar. Dabei ist angenommen, daß A ein vom A/D-Umsetzer 1 empfangener binärer Wert kleiner Amplitude, das

jo Eingangssignal des Addierers 2 und M der Wert des Inhalts des Speichers 6 in der entsprechenden Phase ist.

Schleifenfunktion

Speicher Schreiben Element 4 Eingang

Ausgang

Addierer 2 Ausgang

Rückstellung Speicher 6	1	1	0	1	M	0	A
Aufsummieren	0	1	0	1	M	M	A + M
(Betriebsweise I)
Differenzbildung	0	0	1	0	-WSn	MlSn	A + MiSn + 1
(Betriebsweise II)

(Bemerkung: Die Querstriche über den verschiedenen, M enthaltenden Ausdrücke geben das Komplement des Inhalts des Speichers 6 an. also die Signalform am Ausgang des Dividierers 13.)

Da die Ausgangsgröße des Addierers 2 während der Betriebsweise II in Zweier-Komplementform vorliegt (damit arithmetische Operationen sowohl mit positiven als auch mit negativen Zahlenwerten durchgeführt werden können), beschränkt eine Summation des augenblicklichen Differenzsignals A+M/S„+l in der nachstehend beschriebenen zweiten Schleife die Signalaufsummierung im wesentlichen auf die normalen Teile der Abtastsignalverläufe oberhalb der Nullinie, wodurch eine bipolare Diskriminierung erleichtert wird.

Dieses Restsignal C stellt die Differenz zweier logarithmierter Werte dar, d.h. den Logarithmus des Verhältnisses eines augenblicklichen Abtastsignalverlaufs zum mittleren Signalverlauf aus 2" Abtastungen. Diese Verhältnisbildung sorgt für eine Glättung bzw. Kompensation des unebenen Grundsignals eines Abtastsignalverlaufs. So zeigt F i g. 2 bei einem Signalverlauf AA die Lage und Amplitude eines Materialfehlersignals, in einem typischen unebenen Gnindsignal Wenn dasselbe Materialfehlersignal am rechten Ende dieses Grundsignals läge, würde es nicht über die Maximalamplitude des Grundsignals hinausragen, das durch elektrische Störungen verursacht wird. Würde es dagegen weiter links an der höchsten Stelle des Abtastsignals erscheinen, wäre seine Amplitude stark vergrößert. Die Glättung oder Kompensation des Grundsignals läßt daher das Fehlersignal deutlich gegenüber Hintergrundstörungen hervortreten, und zwar unabhängig von seiner Lage im Grundsignal. Während eine direkte Amplitudendiskriminierung des Signalverlaufs AA in F i g. 2 versagen würde, um einen Fehler der angegebenen Art festzustellen, können nunmehr einfache bipolare Amplitudendiskriminie rungsverfahren angewendet werden, um sowohl positi ve als auch negative Fehlersignale und dementsprechende Materialfehler festzustellen.

Wenn die Ungleichmäßigkeit des Grundsignals klein ist, sind die Amplitudenwerte des Bezugssignalverlaufs im wesentlichen konstant Demzufolge hat die Lage eines kleinen Fehlers bei der Abtastung einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Amplitude des zugehörigen Signals, und eine Verhältnisbildung kann

einfallen, da bei kleinen Differenzen AR annähernd log A/R ist.

Wie F i g. I weiter zeigt, sind die Ausgangsklemmen des Addierers 2 nicht nur mit den Eingangsklemmen des Speichers 6 verbunden, sondern auch mit den Eingangsklemmen eines D/A-Umsetzers 16, der während der Betriebsweise II dazu dient, das augenblickliche binäre Differenzsignbl in eine analoge Form umzusetzen, um eine direkte simultane Amplitudendiskriminierung jeder Abtastung mit Mitteln zu ermöglichen, wie sie beispielsweise in US-PS 38 43 890 gezeigt sind, und mit den Eingangsklemmen eines Wahr/Komplement-Elements 20 (T/C-Element), das in bekannter Weise exklusive ODER-Gatter aufweist. Das T/C-Element 20 wird benutzt, um das bei alternierenden Abtastungen gebildete augenblickliche Differenzsignal beim Auftreten eines Signals Cj auf einer Leitung 23 von der STAC7 zu invertieren, wenn eine Differenzier-Betriebsart für sine Streifenfeststelliing ppwähll wurde.

Die zusätzlich zum T/C-Element 20 vorgesehenen Elemente der zweiten Schleife sind um einen zweiten Speicher 22 mit direktem Zugriff gruppiert und mit denjenigen der ersten Schleife vergleichbar. Die zweite Schleife dient dazu, die logarithmisch behandelten augenblicklichen Differenzsignale aufzusummieren, um durch übliche bipolare Diskriminierungsmittel die kleinen, in Längsrichtung der Materialbahn verlaufenden Streifen zugeordneten Fehlersignale festzustellen, wenn sie sich im Speicher aufsummieren.

Die Ausgangsklemmen des T/C-Elements 20 sind an einen ersten Satz von Eingangsklemmen eines zweiten Addierers 21 angeschlossen, dessen zweiter Satz von Eingangsklemmen mit den Ausgangsklemmen einer Verriegelungsschaltung 25 verbunden ist. Nach Empfang eines Rückstellbefehls 26 für den zweiten Speicher 22 von STAC7, durch den die zweite Betriebsweise für die zweite Schleife eingeleitet wird, erzeugt die Verriegelungsschaltung 25 binäre Nullen an ihren Ausgangsklemmen, damit der Addierer 21 den Speicher 22 mit dem ersten Differenzsignal aus der ersten Abtastung der zweiten Betriebsweise in Betrieb setzen kann. Das Rückstellsignal 26 für den zweiten Speicher 22 erscheint automatisch nach jeder voreingestellten Folge von P Abtastungen, kann aber auch manuell eingegeben werden. Zusätzlich zu seiner Rückstellfunktion dient die Verriegelungsschaltung 25 dazu, die weiter andauernden Änderungen im Speicher 22 daran zu hindern, die Binärinformations-Eingangssignale des Addierers 21 zu beeinflussen.

Der Speicher 22 hat ähnliche Eigenschaften wie der Speicher 6. Er empfängt Amplitudenabtastwerte vom Ausgang des Addierers 21 und speichert diese abtastzeilenweise während jedes Auftretens eines Schreibsteuersignals 30 vom STAC7. Das Schreibsteuersignal 30 für den Speicher 22 ist nur während der Betriebsweise II wirksam; demzufolge werden die Ausgangsdaten des Addierers 2 während der Betriebsweise I nicht aufgezeichnet

Wenn eine Differentiations-Betriebsart 34 am STAC7 gewählt wird, bewirkt ein 1/0/T/C-EIement 31 auf Befehl von über Leitungen 23 und 24 zugeführten Betriebsartsteuersignale d und (X daß die durch ein Verschiebungssignal 32 veranlaßte Verschiebung der Adresse um eine von der Bedienungsperson wählbare Anzahl N von Plätzen, bei alternierenden Abtastsrgnaien, die einem ersten Satz von Eingangskiemmen eines Addierers 33 zugeführt werden, angewendet wird.

Der Addierer 33 addiert dann das W-Adressen-Verschiebungssignal 32 zum Adressensignal Il für die Speicher 6 una 22, das an einen zweiten Satz von Eingangskiemmen angelegt wird, so daß am Ausgang bei jedem geradzahligen (oder ungeradzahligen) Abj tastvorgang jede Adresse des Speichers 22 um N Stellen nach rechts verschoben wird.

Der Zweck dieser Arbeitsweise ist es. alternierend den so verschobenen Inhalt des Speichers 22 mit dem alternierend invertierten augenblicklichen Differenzsi-

i» gnal vom T/C-Element 20 zu summieren, um Signaländerungen kleiner Frequenz zu löschen, während gleichzeitig der Fehlerteil des Signals aufsummiert werden kann. Fig. IB zeigt die Folge der Ereignisse in der Schleife 2 (Betriebsweise II) über eine Reihe von

υ P= 4 Abtastungen bei der Differentiationsbetriebsart, wenn das Signal einen Fehler sehr kurzer Dauer enthält Fig. IC zeigt in zwei getrennten Darstellungen eine

Folge von vier Abtastungen mit einem Fehler längerer Dauer. Die erste Darstellung zeigt den Einfluß einer Verschiebung der Adressen des Speichers 22 um N = t, während eine Verschiebung von .V = 2 in der zweiten Darstellung verwendet wird. Das digitale Anwachsen der Größe der Adressenverschiebung entspricht einem Anwachsen der Zeitkonstante in einem analogen Differenzierkreis. Dies läßt sich daran feststellen, daß die Flanken der Signale bei N = I sehr viel ausgeprägter sind als bei N = 2. Den Verschiebungswert N veränderbar zu machen, hat den Vorteil, daß die Empfindlichkeit der Streifer.feststellung in bezug auf

so den vorhandenen Anteil an Fehlersignalen längerer Dauer und niedriger Frequenz verbessert wird, wobei eine Adressenverschiebung um ein großes N einem Fehler mit niedriger Frequenz (d. h. mit diffuser Kante oder großer Breite) entsprechen würde.

M Es hat sich gezeigt, daß die langsamen Spannungsänderungen (mit niedriger Frequenz) durch dieses Differenztiationsverfahren wirksam ausgeschaltet werden können, während sie sich bei dem Aufsummierungsverfahren bald soweit aufsummieren würden, daß eine Spannungsschwankung als ein Fehler längerer Dauer diskriminiert würde.

Die folgenden Gleichungen definieren die Arbeitsweise der zweiten Schleife bei der Behandlung der augenblicklichen Differenzsignale nach der Differenzierungsbetriebsweise II:

I) Mf¹ = M'_{s + S} — D'_N+s

= M.i₊s - Di ₊ S + Di⁺¹ = Mi_+S - Di_+S + Di⁺¹ - Df₊ ¹S

= Mi_+S + (/>i⁺¹ + D'_N ⁺ⁱ) - (Di_+S + D<_N\² _S)

darin ist M'_N der Inhalt des Speichers an der Stelle N während der Abtastung/

D'n der Wert des augenblicklichen Differenzsignais, das unter Speicheradresse N während der Abtastung j abgespeichert wird.

/Vund./ entweder eine gerade oder ungerade ganze Zahl

5das Aus..i?ß der Verschiebung.

Wie man sieht, schwankt bei kleinem M'v,_s die Vorspannung der aufsummierten Differenzsi^nale um die Null-Linie, während sich das Fehler-Signal in zwei verschiedenen Richtungen an zwei verschiedenen Stellen im Speicher aufsummiert. Demzufolge kann bei Anwesenheit kleiner einsinnig gerichteter Vorspannungsanhäufungen entweder der eine oder der andere der beiden aufsummierten Teile des Fehlersignals durch bipolare Diskriminierung festgestellt werden. (Beispielsweise die Fehlersignal-Ansammlung über eine Reihe von Abtastungen, wie es in Fig. 3, Signalverlauf DD. dargestellt ist.)

Ein derartiger bipolarer Diskriminator 36 (F i g. 1) ist vorgesehen, um die Ansammlung von Signalen größerer Dauer im Speicher 22 festzustellen, nachdem diese

Hiirrh pinpn Π/A-IJmsPtZif ?5 'Π ?"ϊα\ησρ Form

gebracht wo/den sind. Die Diskriminierungs-SchwellwerteinsteLmg 40 ist abhängig von der Anzahl (P) der Abtastungen nach der Betriebsweise II, die zur Feststellung von Materialfehlern größerer Dauer gewählt wird. Ein Streifenfehleralarm wird dann durch Ausgangssignale des bipolaren Diskriminator 36 ausgelöst.

Um die Arbeitsweise der Elemente der beiden Schleifen zu koordinieren, leitet die System-Zeitgeberund Adressierschaltung 7 aus einer Anzahl von Eingangssignalen die erforderlichen Systemsteuersignale ab (F ig. IA).

Ein Taktgeber 41 erzeugt Impulse, die von einem Ausblendsignal 42 gesperrt werden, während die Materialbahn nicht abgetastet wird. Ein (nicht dargestellter) Zähler empfängt die Taktimpulse und adressiert den Speicher 6 und den Speicher 22 über die Adressierleitung 11. Ein »Ende-der-Abtastung«-Signal 43, das von einer Fotozelle am Ende der Abtastzeile erzielt wird, wenn der Abtaststrahl vorbeiläuft, stellt den Adressenzähler für den Speicher 6 und 22 am Ende jeder Abtastung zurück. Gleichzeitig wird das Signal 43 benutzt, um zwei (nicht dargestellte) andere Zähler weiterzuschalten, von denen jeder mit getrennten Vergleichsvorrichtungen, die ebenfalls nicht dargestellt sind, zusammenarbeitet, um alle Steuersignale für die Betriebsweise I und Il in der folgenden Weise zu erzeugen.

Die erste Vergleichsschaltung wird rrvt Hilfe einer Steuerung 44 für die S„-Einstellung auf eine von drei wählbaren Zahlen (128, 64, 32) eingestellt, die die Anzahl der für die Eichung des Systems nach der Betriebsweise I erforderlichen Abtastungen darstellen. Des weiteren erzeugt diese aus Zähler und Vergleichsschaltung bestehende Kombination die Steuersignale Ci, Ci, zur Steuerung der ersten Schleife in der Betriebsweise I und Schreibsignale 5 bzw. 30 für die Speicher 6 und 22. Da die Bezugswerte, die am Ende der Betriebsweise I im Speicher 6 gespeichert sind, unbeschränkt festgehalten werden können, ist eine RECAL-(Neu-Eichungs-)Steuerung 45 vorgesehen, die es der Betriebsperson ermöglicht, den Zähler auf die Betriebsweise I zurückzustellen und auf diese Weise das System erneut zu eichen, normalerweise zu Beginn jedes Materialdurchlaufs.

Bei der zweiten Vergleichsschaltung wird die Anzahl P der Abtastungen voreingestellt, die für die Aufsummierung des augenblicklichen Differenzsignals im Speicher 22 während der Betriebsweise II benötigt werden, und zwar mit Hilfe einer Steuerung 46 für die P-Einstelliing. Die z.wdte Vergleichsschaltung erzeugt automatisch ein Rücks.'ellsignal 26 für den Speicher 22 am Ende jeder vorgewählten Periode mit P Abiastun-

'■ gen. Eine manuelle Rückstellsteuerung 47 für den Speicher 22 ist vorgesehen, um der Betriebsperson die Möglichkeit zu geben, diese automatische Betriebsweise zu umgehen, wenn Fehler längerer Dauer auftreten, um den Speicher für die nächste Reihe von /-"Abtastungen

i" völlig zu löschen.

Schließlich wird ein Steuersignal 34 für die Differentiations-Betriebsart benutzt, um ein (nicht dargestelltes) durch zwei teilendes Flipflop zu aktivieren, das durch jedes »Ende-der-Abtastung«-Signal derart umgeschal-ϊ tet wird, daß bei jeder zweiten Abtastung die Werte der binären Steuersignale Cj und Q entsprechend wechseln, um die Sit 'inversion und die Stellenverschiebung der Speiche¹ essen gemäß der Differemiations-Betriebs art_ wip r- narhctphpnr] hpsrhriphpn WJrH₁ 711 hpwirkpn

Jd Zur Beschreibung der Arbeitsweise des Grundsignalausgleich- und Streifenfeststell-Systems wird auf Fig. I und die in Fig. 2 dargestellten Signalverläufe Bezug genommen, die die Arbeitsweise des Systems an den entsprechenden Punkten in F i g. I veranschaulichen.

-'"> F i g. 2 zeigt nicht nur den Fall der Feststellung schmaler Streifen, wenn keine Störsignale mit niedriger Frequenz in Längsrichtung der Materialbahn vorhanden sind, sondern auch die Differentiations-Betriebsart Il und das Summierungsverfahren zum Feststellen von feinen, sich

j» in Bahnlängsrichtung erstreckenden Fehlern.

Am Anfang der Eich-Betriebsweise I gibt das 1/0/T/C-Element 4 Nullen an den Addierer 2, der daraufhin diese zu den Amplitudenabtastwerten des logarithmisch behandelten Signalverlaufs A der ersten

ι« Abtastung addiert, um dem Speicher 6 den ersten Inhalt zu geben. Zu Beginn der zweiten Abtastung läßt das 1/0/T/C-Element 4 den Inhalt des Speichers 6 zum Addierer 2 durch, der wiederum die entsprechenden Amplitudenwerte des Sißnalveila^fs A zu den im

•ίο Speicher 6 gespeicherten Werteri addiert. Diese Arbeitsweise wird fortgesetzt, bis eine vorbestimmte Anzahl von 2" Abtastungen durchgeführt worden ist und die aufsummierten Teilsummenwerte aus jedem Abtastintervall (das einem Koordinatenwert \\, Abtast-

■»> richtung entspricht) im Speicher 6 gespeichert sind. Zu diesem Zeitpunkt wird die Betriebsweise II eingeleitet, in der folgendes geschieht: 1) Das Schreibsignal 5 des Speichers 6 verschwindet, damit der inhalt des Speichers 6 unverändert bleibt; 2) der Dividierer 13

-,ο verschiebt die im Speicher 6 gespeicherten Summen in Übereinstimmung mit dem Wert des Schiebesignals S_n um π Stellen nach rechts, um den mittleren Bezugssignalverlauf B zu bilden; 3) das 1/0/T/C-Element 4 läßt den invertierten Bezugssignalverlauf B' hindurch und gibt ein binäres 1-Signal an den Addierer 2, um die Summenwerte in die Zweier-Komplementform zu ändern; 4) der Addierer 2 addiert die augenblicklichen Amplitudenabtastwerte des Signalverlaufs AA, ein spezifisches Abtastsignal, zu korrespondierenden Am-

bo plitudenabtastwerten des invertierten Bezugssignalverlaufs B', um den Signalverlauf C des augenblicklichen Differenzsignals zu erzeugen; 5) das Schreibsignal 30 für den Speicher 22 wird »1« um den Speicher 22 zu aktivieren; 6) das Rückstellsignal 26 für den Speicher 22 veranlaßt die Verriegelungsschaltung 25, dem Addierer 2t Nullen zuzuführen, so daß das erste augenblickliche Differenzsignal Cbenutzt werden kann, um einen Inhali in den Speicher 22 zu geben; und 7) das ί/0/T/C-Ele-

ment 31 gibt Nullen an den Addierer 33 ab, damit im Speicher 22 Differenzsignaldaten an nicht verschobenen Adressenplätzen eingespeichert werden können.

Bei der zweiten und den nachfolgenden Abtastungen in der Betriebsweise II für die Streifenfeststellung in der Nicht-Differentiations-Betriebsart setzen diejenigen Teile des augenblicklichen Differenzsignals, weiche sich nicht zu einem Nullamplitudenwert während der Abtastfolge ausgleichen, die Aufsummierung fort, wie es durch den Signalverlauf D dargestellt ist. Da die aufsummierten Fehlersignale positiv oder negativ sein können, je nach dem, ob es sich um Bereiche größerer oder geringerer Dichte in dem Material handelt, wird am besten ein bipolarer Diskriminator benutzt, um diese Eischeinungen festzustellen.

Bei der Differentiations-Betriebsart wird das 1/0/T/ C-Element 31 durch die Steuersignale C₃, Q veranlaßt, eine vorbestimmte Adressenverschiebung bei aufeinanderfolgenden Abtastungen in den Addierer 3 einzuführen, so daß der Speicher 22 ein in Längsrichtung der Materialbahn fortdauerndes Signal an zwei verschiedenen Plätzen des Speichers aufsummiert Zu der gleichen Zeit wenn die Adressen des II-Speichers Ίλ bei aufeinanderfolgenden Abtastungen verschoben werden, invertiert das T/C-Element 20 den augenblicklichen Signalverlauf C zum Signalverlauf C. Da der Addierer 21 das invertierte Differenzsignal des Signalverlaufs C zum verschobenen Inhalt des Speichers bei alternierenden Abtastungen addiert, werden nicht nur die Gauss'schen Störsignale begrenzt sondern auch eine Verschiebung des Signalpegels für niedrige Frequenz zu Null gemacht und die in zwei Richtungen verlaufenden Fehlersignale wie sie in Fig.2, Signalverlauf DD. gezeigt sind, werden weiter aufsummiert

Es sind nur vier Abtastungen erforderlich, damit sich das augenblickliche Differenzsignal soweit aufsummiert, daß das Streifensignal, das im Signalverlauf D dargestellt ist festgestellt wird, um ein Fehlersignal Ein der Nicht-Differentiations-Betriebsart zu erzeugen, während acht Abtastungen in der Differentiations-Betriebsart die zum Signalverlauf DD führt, notwendig sind. Jedoch bringt die mit Hilfe dieses Verfahrens erzielbare zusätzliche Kompensation der Störsignale, die in Materislbahn-Längsrichtung mit niedriger Fre quenz auftreten, wesentlich mehr als der Verlust an Feststellempfindlichkeit bezüglich der Fehler längerer Dauer. Dies ist leicht anhand von F i g. 3 erkennbar.

Fig.3 ist der Fig.2 insofern ähnlich, als sie die Signalverläufe an denselben Stellen zeigt, wie F i g. 2,

ίο jedoch ist in Fig.3 das Störsignal mit niedriger Frequenz in Materialbahn-Längsrichtung nicht vorhanden. Eine Prüfung der Signalverläufe zeigt, wie dieser spezielle Einfluß auf die Feststellung schmaler Streifer.-fehler durch Verwendung der Differentiations-Betriebs- art im wesentlichen eliminiert werden kann. Der Signalverlauf A zeigt den langsam ansteigenden Störsignalpegel des Eingangssignals über eine Reihe von sechs Abtastungen. Der Signalverlauf B zeigt die Ergebnisse der Mittelwertbildung aus diesen Abtastun gen, zur Erzielung eines mittleren Bezugssignals. Mit B' ist das invertierte Bezugssignal bezeichnet Die Signalverläufe stellen die sich ergebende Reihe geglätteter bzw. kompensierter augenblicklicher Differenzsignale dar, die einen ständig ansteigenden Störsignalpegel haben. Der Signalverlauf C" stellt die invertierten geradzahligen Abtastungen dar, die, wenn sie zum verschobenen Inhalt des Speichers 22 addiert werden, die bipolare Fehlersignal-Aufsummierung entsprechend dem V&rlauf DD ergeben. Bei der sechsten

.ίο Abtastung hat der Streifenfehler-Abschnitt des aufsummierten Signals die negative Schwelle überschritten, die im bipolaren Diskriminator 36 eingestellt ist, um eine Fehleranzeige gemäß Signalverlauf E zu erzielen. Man kann ferner unter Bezugnahme auf den Verlauf C, bei

J5 dem die direkte Aufsummierung benutzt wurde, erkennen, daß die Aufsummierung der fehlerfreien Abschnitte der Abtastung im Speicher 22 bei der dritten Abtastung die positive Schwelle überschreiten würde, unabhängig vom Vorhandensein eines Fehlers größerer

Länge in der Abtastungsfolge. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   !.Verfahren zum Feststellen von Fehlern auf einer laufenden Materialbahn durch optisch-elektrische Überwachung, bei dem Abtastungen quer zur Materialbahn erfolgen und durch Mittelung mehrerer materialfehlerfreier Abtastsignalverläufe eine Bezugsgröße gebildet und gespeichert und aus jedem folgenden Abtastsignalverlauf und der ge- ι ο speicherten Bezugsgröße ein Differenzsignal zur Fehlerdiskriminierung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsgröße ein aus einer Oberlagerung mehrerer Abtastsignalverläufe A zusammengesetzter Signalverlauf R ist, wobei diejenigen Amplitudenwerte der zu überlagernden Abtastsignalverläufe, die zu gleichen Abtastkoordinatenwerten in der Abtastrichtung gehören, addiert werden und die durch die Anzahl der überlagerten Abtastsignalverläufe A dividierten Summenamplitudenwerte die jeweiligen Amplitudenwerte des Bezugssignaiveriaufs /c bilden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der Abtastsignale logarithmiert werden und daß die Differenzbildung durch Bildung des logarithmischen Verhältnisses von Abtastsigrcal zu Bezugssignal erfolgt
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bei einer Vielzahl von hintereinander erfolgenden Abtastungen ergeben- w den Differenzsignale, die aus den Amplitudenwerten derjenigen Abtast- und Bezugssignale gebildet werden, die jeweils zu dem in Abtastrichtung gleichen Abtastkoordinatenwert gehören, addiert werden. J^r>
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzsignale über mehrere Abtastungen in der Weise aufsummiert werden, daß die augenblicklichen DifferenzsignalverläuFe für alternierende Abtastungen invertiert und entsprenhend invertiert oder nicht invertiert zu den bereits aufsummierten Differenzsignalverläufen addiert werden, welch letztere jedoch vor jeder alterniererden Addition um einen vorwählbaren Wert in Abtastkoordinatenrichtung verschoben werden. λ-,
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Abtasteinrichtung, einer Einrichtung zur Bildung der mittleren Bezugsgröße, einem digitalen Speicher für die Bezugsgröße, einer Einrichtung zur Bildung des ">» Differenzsignals aus der Bezugsgröße und den folgenden Abtastsignalverläufen und einer Amplitudendiskriminatoreinrichtung,derein vom Differenzsignal abhängiges Signal zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Bauelemente in v> der Reihenfolge ihrer Aufzählung hintereinander angeordnet sind: ein erster digitaler Speicher (6), der synchron mit den Abtastungen betreibbar ist und Adressenspeicherplätzc für eine repräsentative Anzahl von in vorbestimmten Abtastintervallen w> während einer Abtastung ermittelten Amplitudenwcricn sowie eine zur Speicherung des entsprechenden Wertes der aufsummiertcn Amplitiidcnwrrle einer solchen Anzahl von Abtastsignalvcrläufcii Λ ausreichende K;ip;r/itiit aufweist, die die Berech >■■'< mm_c eines akzeptablen mittleren H c / π u s s 14; η ;ι Ι ν ς· r Imil'es Ii gestattet, ein digitaler Dividierer (M) zur Hercclin'inc des mittleren Uivii;rssiinialverlaufs R durch Dividieren der abgetasteten aufsummierten Amplitudenwerte der Abtastsignalverläufe A durch die Anzahl der aufsummierten Abtastsignalverläufe A, ein erster digitaler Addierer (2) zum Berechnen des Differenzsignalverlaufs A-R aus den entsprechenden Amplitudenwerten des Bezugssignalverlaufs R und denen der folgenden Abtastsignalverläufe A, so daß alle folgenden Abtastsignale A geglättet werden, aber die sich auf Materialfehler beziehenden Signale erhalten bleiben, und die Amplitudendiskriminatoreinrichtung zur Feststellung von Materialfehlersignalen in dem Differenzsignalverlauf A-R.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen zweiten digitalen Speicher (22) mit einem zweiten digitalen Addierer (21) zum kohärenten Addieren aufeinanderfolgender augenblicklicher Differenzsignalverläufe A-R in jeder Gruppe aus einer vorbestimmten Anzahl P von Abtastungen und die Diskriminierung jeder aufsummierten Gruppe von P Signalverläufen A-R mittels eines bipolaren Diskriminaiors (36) mit Schwellwerten, die der vorbestimmten Anzahl fernsprechen.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen dritten digitalen Addierer (33), der durch ein Eins/Null/Wahr/Komplement-Element (31) so betätigbar ist, daß die Adressenspeicherplätze für die aufsummiei ien Teilsummenwerte um eine vorbestimmte Anzahl von Einheiten bei aufeinanderfolgenden geradzahligen oder ungeradzahligen Abtastungen in dem zweiten digitalen Speicher (22) verschoben werden; und ein Wahr/Komplement-Element (20) zum Invertieren der augenblicklichen Differenzsignalverläufe A-R bei den geradzahligen (oder ungeradzahligen) Abtastungen am Eingang des zweiten digitalen Addierers (21).
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analog/Digital-Umselzer (1) zur Umsetzung logarithmisch behandelter Abtastsignale A in digitak.r Form vorgesehen ist, so daß der erste digitale Addierer (2) Verhältnissignalverläufe log zVÄaus aufeinanderfolgenden Abtastsignalverläufen A bildet, aber die Materialfchlersignale weiterhin in unveränderter Größe relativ zu den fehlerfreien Teilen der Verhältnissignalverläufe log A/R in Erscheinung treten.