DE2642633A1

DE2642633A1 - Feststellvorrichtung

Info

Publication number: DE2642633A1
Application number: DE19762642633
Authority: DE
Inventors: Robert J Hutchison; Phillip W Pearce
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1975-09-22
Filing date: 1976-09-22
Publication date: 1977-03-24
Also published as: FR2324553A1; CA1069208A; US4066969A; GB1533630A; JPS5240379A; FR2324553B1

Description

EASTMAN KODAK COMPANY, Rochester, N.Y. 14650, V.St.A.

Feststellvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Feststellen des Vorhandenseins von mehreren Bogen, ohne dabei die Bogen zu berühren und unter Verwendung von Ultraschall-Verfahren.

Bei vielen Arten von Vorrichtungen, wie beispielsweise Druckpressen und Kopiervorrichtungen, werden Bogen der Reihe nach durch unterschiedliche Arbeitsstationen gefördert, wo jedesmal ein BearbeitungsVorgang vorgenommen wird. Wenn dabei jedoch zufällig mehrere Bogen eingegeben werden, so können an den BearbeitungsStationen Verstopfungserscheinungen auftreten, welche eine Fehlfunktion der Vorrichtung hervorrufen. Es ist deshalb bei solchen Vorrichtungen wichtig festzustellen, wann übereinanderliegende Bogen eingegeben werden. Dies gilt insbesondere bei Vorrichtungen, wie beispielsweise Kopiervorrichtungen, die eine mit hoher Geschwindigkeit arbeitende sequentielle Bogeneingabe verwenden.

Es wurden bereits verschiedene Mehrfachbogen-Feststellvorrichtungen verwendet. Viele dieser Vorrichtungen verwenden mecha-

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nische Fühler, um den Zustand der Mehrfachbogeneingabe festzustellen. Es sei in diesem Zusammenhang beispielsweise auf US-PS 3 396 965 verwiesen. Einige dieser mechanischen Systeme verwenden die Papierdicke abfühlende Rollenglieder. Bei den bewegliche Teile verwendenden mechanischen Systemen treten natürlich Abriebprobleme auf und es ist ferner schwierig, genaue mechanische Toleranzen einzuhalten. Dies ist nicht nur ein Problem des Abriebs, sondern es können auch Fehler dann auftreten, wenn Materialbogen mit einer nicht gleichförmigen Stärke eingegeben werden oder aber wenn ein Bogen beim Durchlaufen eines mechanischen Mehrfachbogenfühlers für einen Augenblick gewölbt ist.

Die ohne einen direkten Kontakt arbeitenden Mehrfachbogen-Feststellvorrichtungen besitzen eine Reihe von Vorteilen gegenüber den mechanischen Kontaktsystemen. Eine derartige Feststellvorrichtung ist im kanadischen Patent 929 632 beschrieben. Dort wird der Zustand der Mehrfachbogeneingabe dadurch festgestellt, daß man die Lichtdurchlässigkeit des oder der eingegebenen Bogen(s) mißt und die Durchlässigkeitsdifferenz dieser Bogen bzw. des Bogens bezüglich einer Bezugsdurchlässigkeit bestimmt, die durch einen Probebogen gegeben ist. Bei einer derartigen Vorrichtung existiert ein Problem insoferne als dann, wenn sich die Durchlässigkeit der eingegebenen Bogen ändern sollte, die Bezugsgröße geändert werden müßte. Ferner könnten sich möglicherweise dann Fehler ergeben, wenn die Lichtquellen sich in unterschiedlicher Weise hinsichtlich der Beleuchtungsintensität verändern würden. U.S. Patent' 3 614 419 zeigt ein ähnliches elektrooptisches System, wo die Durchlässigkeit aufeinanderfolgend eingegebener Bogen verglichen wird, um festzustellen, ob eine doppelte Bogeneingabe vorliegt.

Die bekannten Bogenfeststellvorrichtungen bestimmen oftmals die durchschnittliche Durchlässigkeit eines Bogens bzw. der Bogen, um den Zustand der Mehrfacheingabe festzustellen. Wenn jedoch bestimmte eingespeiste Bogen große dunkle darauf ausgebildete Bilder aufweisen oder mit Druckmaterial bedeckt sind, während andere Bogen aus normalem Papier bestehen, so

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ist es schwierig, die durchschnittliche Durchlässigkeit zu verwenden, um Mehrfachbogeneingabezustände festzustellen. Darüber hinaus machen die elektrooptischen Systeme oftmals eine homogene optische Dichte der eingegebenen Bogen erforderlich; ferner kann der zuverlässige Betrieb eines derartigen Systems durch Farbe oder Druck auf den Bogen beeinflußt werden. Schließlich ist eine saubere optische Bahn oftmals eine Notwendigkeit, was weiterhin Mittel erforderlich macht, um eine schmutz- und staubfreie Umgebung sicherzustellen. Die bekannten Vorrichtungen zur Feststellung der Mehrfachbogeneingabe sowohl der Bauart mit Berührung und ohne Berührung sind dann wirkungslos, wenn eine Mischung aus Papierbogen verwendet wird, die unterschiedliche Stärken aufweisen und längs einer Bahn transportiert werden.

Aus U.S. Patent 3 254 888 ist es ferner bekannt, Ultraschallenergie zu verwenden, um den Zustand übereinanderliegender Bogen festzustellen· Dabei wird die- Ultraschallenergie durch die Bahn hindurch übertragen, längs welcher die Bogen laufen, und es wird die Menge, d.h. die Amplitude der durch die Bogen übertragenen Energie durch einen Fühler abgefühlt, der auf der entgegengesetzten Seite einer solchen Bahn angeordnet ist (vgl. dazu Spalte 3 der genannten U.S. Patentschrift). Dabei wird infolge eines vorbestimmten Abfalls der abgefühlten Energie ein Signal erzeugt.

Bei den die Amplitude abfühlenden Vorrichtungen besteht ein Hauptproblem darin, daß sie bei der Abfühlung übereinander liegender Bogen dann verhältnismäßig unzuverlässig arbeiten, wenn die einzelnen eingegebenen Bogen sich beträchtlich hinsichtlich ihrer Dicke unterscheiden und/oder mit Druckmaterial bedeckt sind. Da die Dicke eines Bogens die übertragbare Ultraschallenergiemenge bestimmt, können Bogen beträchtlicher Dicke (relativ zur Dicke der vorangegangenen Bogen) durch die bekannten Vorrichtungen für zwei oder mehrere übereinanderliegende Bogen gehalten werden.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die oben

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genannten Nachteile zu vermeiden und sieht eine Ultraschall-Feststellvorrichtung für übereinanderliegende Bogen vor, die im Gegensatz zum Stand der Technik die Phase eines Bezugssignals (beispielsweise des übertragenen Signals) mit der Phase des nach dem Durchgang durch das Bogenmaterial empfangenen Signals vergleicht. Es wurde dabei festgestellt, daß der Phasenunterschied anzeigt, ob kein Papier vorliegt, ein einziger Bogen vorhanden ist oder der Zustand der Mehrfachbogeneingabe vorliegt. Infolge einer vorbestimmten Phasendifferenz wird dabei ein Signal zur Betätigung eines Alarms erzeugt.

Weitere Einzelheiten und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Ein Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion besteht darin, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feststellung übereinanderliegender Bogen verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Veränderungen hinsichtlich der Dicke der eingegebenen Bogen ist, d.h. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Lage, die Zustände der Tibereinanderlage festzustellen, wenn sich die Bogenstärken im Bereich von 0,02 bis 0,025 Zoll oder mehr ändern.

Gemäß der Erfindung sind erste und zweite Ultraschallwandler mit Abstand angeordnet, um den Vorschub der Bogen zwischen diesen Wandlern längs einer vorbestimmten Bahn zu gestatten, wobei der erste Wandler infolge eines elektrischen, sich mit der Zeit ändernden Signals ein Ültraschal.lwellensignal erzeugt, welches auf den bzw. die Bogen auftrifft, und wobei der zweite Wandler infolge von mindestens einem Teil der Ultraschallwelle, die auf den bzw. die Bogen auftrifft, ein zweites sich mit der Zeit veränderndes Signal erzeugt, wobei schließlich eine Vergleichsvorrichtung auf diese elektrischen Signale anspricht, um deren Phasenbeziehungen zu vergleichen und ein Ausgangssignal dann zu erzeugen, wenn eine Zustand der Mehrfachbogeneingabe aufgetreten ist.

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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein erstes sich mit der Zeit änderndes elektrisches Signal an den ersten Wandler angelegt; wenn keine Hindernisse in dem Luftspalt zwischen den Wandlern vorhanden sind (wie beispielsweise eingegebene Bogen), so wird durch den zweiten oder Empfängerwandler ein elektrisches Signal erzeugt, welches zeitlich (phasenmäßig) gegenüber dem ersten elektrischen Signal versetzt ist. Diese anfängliche Phasenverschiebung hängt von dem Luftspalt zwischen den Wandlern, der Frequenz des Signals und der Geometrie der Wandler ab, und kann als eine normierte Basislinie verwendet werden. Wenn ein einziger Papierbogen in den Luftspalt zwischen den Wandlern eingeführt wird, so erhöht sich die Phasenverschiebung um beispielsweise 90 oder mehr. Wenn Mehrfachbogen eingeführt werden, so erhöht sich die Phasenverschiebung noch weiter. Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, diese weitere Erhöhung der Phasenverschiebung festzustellen und anzuzeigen, daß ein solcher Zustand der Mehrfachbogeneingabe aufgetreten ist- Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Erfindung nicht von der Signalintensität des elektrischen sinusförmigen Eingangssignals noch von der des Ultraschallsignals abhängt. Die Dämpfung des Ultraschallsignals beim Einsetzen eines einzigen Bogens zwischen den Wandlern ist recht stark (und kann in der Größenordnung von 60 dB liegen). Es wurde jedoch beobachtet, daß beim Einsetzen von Mehrfachbogen diese Dämpfung nicht viel größer ist. In jedem Falle ist die Phasenverschiebung nicht in substantieller Weise von der Bogendicke abhängig.

Demgemäß besteht ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung in der Feststellung der Größe der Phasenverschiebung und es ist dadurch möglich, eine Anzeige dafür vorzusehen, ob kein Papier vorhanden ist, ein einziger Bogen vorhanden ist oder ein Zustand der Mehrfachbogeneingabe vorliegt-

Die erfindungsgemäß verwendeten akustischen Systeme erlauben eine zuverlässige Feststellung der Mehrfachbogeneingabe unter Verwendung von preiswerten, kompakten und. langlebigen Komponenten,

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wobei die Erfindung ohne weiteres für einen großen Bereich von Produkten verwendet werden kann, und zwar einschließlich der Bogenelngabevorgänge bei beispielsweise den folgenden Verwendungsmöglichkeiten: Papierfabriken; Elektrofotografischen Kopiervorrichtungen; Lochkarteneingebern; Schecktransportiervorrichtüngen oder dgl. Die Erfindung ist nicht auf die Feststellung von Bogen aus Papier beschränkt, sondern arbeitet beispielsweise auch bei Bogen oder Platten aus Kunststoff oder dünnem Metall.

Die Erfindung hat insbesondere die folgenden Vorteile:

1) Sie arbeitet über einen großen Bereich von Dicken hinweg, beispielsweise im Bereich von 0,02 bis 0,025 Zoll oder mehr.

2) Sie ist praktisch unabhängig von der optischen Dichte der Bogen. Es wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in wirkungsvoller Weise bei Bogen mit oder ohne Farbe oder mit oder ohne Druck auf dem Papier arbeitet. 3) Sie wird nicht wesentlich durch die Geschwindigkeit der Bogeneingabe beeinflußt. Es wurde festgestellt, daß die Erfindung in effektiver Weise den Zustand der Mehrfachbogeneingabe (in diesem Falle von Bankschecks) feststellt, die mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 190 Zoll pro Sekunde laufen. 4) Sie wird nicht in wesentlicher Weise durch Lärm oder schmutzige Umgebungsbedingungen beeinflußt. "

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung werden nunmehr anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der allgemeinen Anordnung der erfindungsgemäßen Mehrfachbogen-Feststellvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, der Befestigungsvorrichtung für einen der in Fig. 1 gezeigten Wandler.

Fig. 1 zeigt eine Mehrfachbogen-Feststellvorrichtung 10, bei der Bogen längs einer geradlinigen, durch Pfeile 12 dargestellten Bahn vorwärtstransportiert werden, und zwar an einem Bogendetektor 14 und einer elektronischen Signalverarbeitungs-

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einrichtung 16 vorbei. Der Bogendetektor oder die Bogenfeststellvorrichtung 14 umfaßt einen Ultraschallsenderwandler (im folgenden Ultraschallsender genannt) 17 und einen Ultraschallempfängerwandler (im folgenden Ultraschallempfänger genannt) 18. Die Signalverarbeitungsvorrichtung umfaßt einen Oszillator 20, der direkt mit einem Analogkomparator 22 verbunden ist, der in der Lage ist, eine Rechteckwellenausgangsgröße zu erzeugen. Ein derartiger Komparator wird oftmals als ein Null-Durchgangskomparator bezeichnet und ein Beispiel für einen solchen Komparator, der gemäß der Erfindung verwendet werden kann, ist das Modell Nr. LM311 der National Semiconductor Corporation, 29oo Semiconductor Drive, Santa Clara, Californien 95051, UiS.A. Der Oszillator 20 ist ebenfalls direkt mit dem Ultraschallsender 17 verbunden. Der Sender 17 erzeugt eine Ultraschallwelle, die auf den oder die Bogen 17 auftrifft, welche längs der Bahn zwischen dem Sender 17 und dem Empfänger 18 laufen. Der Oszillator 20 erzeugt beispielsweise ein sinusförmiges Signal (was im folgenden erläutert werden wird), so daß dann, wenn ein Hindernis (wie beispielsweise ein eingegebener Bogen) vorhanden ist, der Empfänger 18 infolge des Ultraschallsignals ein elektrisches Signal mit der gleichen Frequenz wie der Oszillator sinusförmig, aber mit Phasenverschiebung demgegenüber erzeugt.

Der Oszillator 20 kann verschiedene bekannte Formen annehmen, beispielsweise kann es sich um einen spannungsgesteuerten Oszillator handeln, der auf der gewünschten Frequenz in Selbsterregungsbetriebsart arbeitet. Ein Beispiel für einen derartigen Oszillator wäre das Modell Nr. ICL 8038 der Intersil Corporation, 1o9oo North Tantau Avenue, Cupertino, Kalifornien 95014, U.S.A. Der spannungsgesteuerte Oszillator 20 würde typischerweise eine Ausgangsgröße an einen (nicht gezeigten) eine niedrige Verstärkung aufweisenden Operationsverstärker anlegen, der seinerseits das sinusförmige Signal zur Ansteuerung des Wandlers 17 erzeugt.

Der Empfänger 18 ist - wie gezeigt - direkt mit einem Breitbandverstärker 23 gekoppelt, wie beispielsweise einen Hochgeschwindigkeitsoperationsverstärker. Dieser Verstärker kann

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beispielsweise das Modell Nr. LM318 der National Semiconductor Corporation sein und wird in einer nicht invertierenden Betriebsart betrieben. Der Verstärker 23 kann ebenfalls einen üblichen L-R-Filter umfassen, um sicherzustellen, daß der Fangbereich (d.h. Bandpaß) des Verstärkers 23 das vom Empfänger 18 aufgenommene Signal unterbringt. Es hat sich als praktisch erwiesen, den Verstärker 23 mit einer Verstärkung von annähernd 300 vorzusehen, und zwar infolge des einen niedrigen Pegel aufweisenden elektrischen Signals, welches durch den Wandler 18 (annähernd 20 mV) erzeugt wird, wenn ein Mehrfachbogenzustand durch den Empfänger 18 festgestellt wird. Der Ausgang des Verstärkers 23 ist über einen Kondensator 24 mit einem NuIldurchgangs-Analogkomparator 28 gekoppelt, der die identische Funktion des oben diskutierten Komparators 22 erzeugt. Alternativ könnte der Verstärker 23 mit einem Breitband-Operationsverstärker versehen sein, beispielsweise dem RCA Op-Amp CA3100 (hergestellt von der RCA Solid State, Postfach 32oo, Somerville, New Jersey 08876, U.S.A) wiederum aufgebaut mit einer Verstärkung von 300, aber mit inversen parallelen Dioden im Rückkopplungspfad. Diese Anordnung begrenzt die Signalschwingvorgänge auf plus und minus 6/10 eines Volts und besitzt das Merkmal der Verbesserung der Gleichförmigkeit des Eingangssignals für den Nulldurchgangs-Komparator 28.

Die Ausgänge der Komparatoren 22 und 28 sind jeweils mit einem Phasenkomparator (Phasenvergleichsstufe) 30 verbunden. Irgendein geeigneter Phasenkomparator, der in der Lage ist, die Phase von zwei EingangsSignalen zu vergleichen, kann gemäß der Erfindung verwendet werden.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die weitere Signalverarbeitung dann vereinfacht werden kann, wenn die Ausgangsgröße des Phasenkomparators 30 eine Rechteckwellen-Impulstyp-Ausgangsgröße ist, deren ins Positive gehende Kante durch die vordere Kante des durch den Komparator 28 erzeugten Signals bestimmt ist. Dies ist so, da die Impulsbreite der Ausgangsgröße des Phasenkomparators proportional zur Phasenverschiebung zwischen den Signalen ist, die durch die Komparatoren 22 bzw. 28 erzeugt wurden. Der Phasenkomparator 30 kann für ein spezielles Ausführungsbeispiel durch ein J-K-Flip-Flop gebildet sein, und

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zwar der Modell Nr. MC 14027, hergestellt von der Motorola Semiconductor Products Corporation, Postfach 20912, Phoenix, Arizona 85036, U.S.A. Bei Schaltung als Phasenkomparator besitzt dieses Motorola Flip-Flop die Fähigkeit, Phasenverschiebungen zwischen 0 und 360 festzustellen.

Die Ausgangsimpulse des Phasenkomparators 30 werden sodann an ein übliches Tiefpaßfilter 32 geliefert, welches durch einen R-C-Kreis gebildet sein kann. Dieses Filter liefert einen Gleichstrompegel proportional der Anzahl der Bogen im Luftspalt zwischen dem Sender 17 und dem Wandler 18. Das durch den Tiefpaßfilter 32 erzeugte Gleichstromsignal wird sodann an einen Komparator 34 geliefert, der ebenfalls als eine Eingangsgrösse eine Bezugsspannung aufnimmt, die als einstellbare Spannungsquelle 36 dargestellt ist. Der Bezugspegel wird derart eingestellt, daß er demjenigen Pegel entspricht, wo, wenn das Gleichstromsignal vom Filter 32 darüber liegt, ein Mehrfachbogeneingabezustand angezeigt wird. In einem solchen Fall erzeugt der Komparator 34 ein Ausgangssignal, welches zur Betätigung einer Alarmleitung und/oder Abschaltung der Maschine oder aber zur Auslösung irgendeiner Vorrichtung benutzt werden kann, wie beispielsweise eines Relais, welches den Zustand der Mehrfachbogeneingabe anzeigt. Die Spannung der Quelle 36 definiert somit einen Bereich für das durch den Filter 32 erzeugte Signal, wobei dann, wenn dieses Filtersignal diesen Schwellenwert übersteigt, ein Mehrfachbogenzustand aufgetreten ist.

Die Bezugspegelspannung 36 kann auch durch logische und Steuer-Vorrichtungen entsprechend eines Verfahrens der aufeinanderfolgenden Bögen bestimmt werden. Beispielsweise könnte für jeden eingegebenen Bogen der Ausgangspegel des Tiefpaßfilters verwendet werden, um die an den Komparator 34 angelegte Spannung 36 einzustellen. Für den nächsten oder die nächsten einzugebenden Bogen könnte nunmehr ein Vergleich zwischen der Spannung 36 und der neuen Ausgangsgröße des Filters 32 durchgeführt werden; wenn die Differenz zwischen diesen beiden Signalen eine deutliche Phasendifferenz anzeigt, was einen Mehrfachbogeneingabezustand beim einen oder anderen der zwei eingebenen Bogen anzeigt, so wird der Alarm in Gang gesetzt. Wenn

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keine derartige Differenz vorliegt, so kann die Spannung 36 derart eingestellt werden, daß sie mit dem letzten Ausgangspegel vom Filter 32 zusammenfällt.

Es sei betont, daß, obwohl der Oszillator 20 als ein ein Sinussignal erzeugender Oszillator beschrieben wurde, es nicht wesentlich ist, daß zur Durchführung der Erfindung ein Sinussignal verwendet wird. In der Tat können auch andere zeitlich sich ändernde Signale, wie beispielsweise Rechteckwellen, Sägezahnwellen, gemäß der Erfindung verwendet werden. Nimmt man an, daß ein Rechteckwellensignal gewünscht ist, so könnte in einem solchen Fall der Oszillator 20 durch eine phasenstarre Schleife verkörpert werden, die mit einem spannungsgesteuerten Oszillator verbunden ist, der zum Betrieb auf einer vorbestimmten Frequenz eingestellt ist. Die Ausgangsgröße des Oszillators würde dann eine Rechteckwelle sein, die in zweckmäßiger Weise derart gesteuert ist, daß sie eine mit der Netzfrequenz in Beziehung stehende Frequenz aufweist. Wenn eine Rechteckwelle verwendet wird, so ist natürlich kein Nulldurchgangs-Verstärker 22 erforderlich und der Oszillator könnte direkt mit dem Phasenkomparator 30 verbunden sein. Bevor jedoch das Rechtecksignal an den Empfänger 17 angelegt wird, sollte es gefiltert werden, um einige Hochfrequenzkomponenten zu entfernen. Die verbleibende Schaltung würde in der gleichen Weise,wie oben beschrieben, arbeiten.

In Fig. 2 ist einer der Wandler (in diesem Falle der Wandler 17) sowie die Mittel zur Befestigung desselben dargestellt. Der Sendewandler 17 besitzt einen piezoelektrischen Wandler, der eine elektrische Verbindungsbuchse 38 aufweist, die mit dem nicht gezeigten piezoelektrischen Element im Wandler verbunden ist. Der Wandler 17 ist mit seiner Rückseite 17a mit dem Ausnehmungsteil eines zylindrischen Glieds 40 durch Preßsitz und Verkleben verbunden., wobei dieses zylindrische Glied 40 aus einem Polyvinylchlorid besteht. Das Glied 40 ist fest an einem scheibenförmigen, vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Glied 42 mittels Kleber oder durch Befestigungsschrauben befestigt. Das Glied 42 ist seinerseits an einem (nicht gezeigten) Maschinenrahmen befestigt und ist längs der Bahn 12, wie

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in Fig. 1 gezeigt, angeordnet. Durch diese Konstruktion steht nur ein kleiner Teil des Sendewandlers 17 tatsächlich mit den Befestigungsmitteln in Berührung. Dies ist vorteilhaft, da festgestellt wurde, daß die Seiten des Wandlers durch das Signal vom Oszillator 20 in Schwingungen versetzt werden. Wenn die Seiten am Glied 42 befestigt wären, so könnte das durch den Wandler 17 erzeugte Signal in unerwünschter Weise gedämpft werden.

Die Wandler 17 und 18 der oben beschriebenen Art werden oftmals mit Resonanzpunkten bei 23, 40 oder 75 kHz aufgebaut. Es wurde festgestellt, daß Wandler mit Resonanzpunkten bei ungefähr 40 kHz außerordentlich zufriedenstellend arbeiten. Wandler, die recht zufriedenstellend arbeiten, sind ein zusammenpassender Satz von Ultraschall-Luftwandlern des Modells Nr. 70100, Seriennummer 5, hergestellt von den Linden Laboratories, Inc., Postfach 920, State College, Pennsylvania 16801, U.S.A. Diese Wandler verwenden einen piezoelektrischen Keramikkörper, der durch Kleber mit einer Aluminiumplatte verbunden ist.

Experimentelle Ergebnisse zeigten, daß die Phasenverschiebung eine Funktion der Anzahl der Luft-zu-Bogen-Grenzflachen ist, die zwischen den Wandlern vorhanden sind, wobei die relative Stärke der Papiere keinen wesentlichen Einfluß auf die Phasenverschiebung ausübt. Es wurde in der Tat festgestellt, daß dieser Einfluß praktisch unbedeutet ist. Obwohl nicht mit Sicherheit angegeben werden kann, warum dies so ist, so sei im folgende eine Plausibilitätserklärung der physikalischen Zustände dieses Verhältnisses gegeben. Eine physikalische Erklärung für die beobachtete Phasenverschiebung erhält man durch die Betrachtung des Systems als ein solches aus Massen und Federn. Beispielsweise kann ein Papierbogen, der parallel zu und zwischen zwei Wänden liegt, als eine Masse betrachtet werden und die Luftlagen oberhalb und unterhalb des Papiers können als Federn angesehen werden. Eine Wand ist festliegend und stellt den Empfängerwandler dar, während die andere Wand, der Sender, das System dadurch anregt, daß er sinusförmig in einer Richtung senkrecht zur festen Wand versetzt wird. Die beobachtete Phasenverschiebung ist fle Phase des Drucks am Empfänger bezüglich des Drucks am Sender oder ausgedrückt im Rahmen des er-

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wähnten Feder-Masse-Systems, die Phase der Kraft in der an der festen Wand befestigten Feder bezüglich der Kraft in der an der sich bewegenden Wand befestigten Feder.

Diese Analyse erläutert die Tatsache, daß nur die Anzahl der Bogen in signifikanter Weise zur Phasenverschiebung beiträgt. Anders gesehen, liefern nur die Grenzflächen zwischen den Bogen und/oder Luft einen substantiellen Beitrag zum Phasenverschiebung sphänomen. Wenn somit zwei Bogen tatsächlich miteinander verklebt sind, so würde die Vorrichtung 10 dies als einen einzigen Bogen feststellen (da kein Luftspalt vorhanden ist). Wenn jedoch die Klebeverbindung fehlerhaft ist und sich Hohlräume in der Verbindung befinden, so würde die Vorrichtung 10 dies als einen Zustand der Mehrfachbogeneingabe feststellen. Der Fachmann erkennt somit,-daß die vorliegende Erfindung auch zur Inspektion des Zustandes von Klebeverbindungen oder dgl. verwendet werden kann. Demgemäß bezieht sich der hier verwendete Ausdruck "Mehrfachbogen" auf einen Zustand, wo Bogen sich mit einer Luftgrenzfläche dazwischen überlappen.

Es wurde ferner durch Versuche festgestellt, daß dann, wenn der Luftspalt zwischen den Wandlern etwas kleiner ist als 0,175 Zoll, der Luftspalt keinen signifikanten Beitrag zur Größe der Phasenverschiebung liefert. Weitere Versuche zeigten, daß die Phasenverschiebung eine Funktion der Frequenz eines übertragenen Signals ist. Diese Phasenverschiebung steigt für 0 bis 1 und 2 Papierbogen fast linear mit der Anzahl der Papierbogen an. Ein spezielles Beispiel sei kurz beschrieben. Ein zusammenpassendes Paar von Sender- und Empfänger-Wandlern des Modells Nr. 70100, Serie Nr. 5, hergestellt von den Linden Laboratories, Inc., wurde so eingestellt, daß sich ein Luftspalt von annähernd 0,075 Zoll ergab; der Oszillator 20 wurde so eingestellt, daß er eine Sinuswelle bei 39,106 kHz mit 15 Volt Spitze zu Spitze Spannung erzeugte. In einem solchen Fall ergaben sich bei Verwendung von ' Papier mit 20 engl. Pfund Gewicht Phasenverschiebungen ausgedrückt in den repräsentativen Gleichstromsignalpegeln erzeugt durch

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das Filter 32 wie folgt:

Gleichstroiasignal (Filter 32) Phase

Kein Papier	4,	O,	98	Volt	165	35,28°	8°
1 Bogen	7,	6 -	5	,3 Volt	273	,6°-19O,	8°
2 Bogen	8 -	8	,3 Volt	,6^O-298,

Bei diesem Ausführungsbeispiel könnte die Bezugsspannung 36 so ausgewählt werden, daß sie 6,5 Volt Gleichspannung beträgt. In diesem Fall würde der Komparator jedesmal dann, wenn die Filterausgangsgröße oberhalb 6,5 liegt, ein Signal erzeugen, welches einen Mehrfachbogen-Eingabezustand anzeigt.

Die Resonanzfrequenz für die Wandler 17 und 18 kann sich von Einheit zu Einheit verändern, so daß der Komparator 34 für irgendeinen gegebenen Wandlersatz eingestellt werden muß. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann benachbart zu den Wandlern stromabwärts gegenüber der Richtung der Papierbewegung eine Fotodiode vorgesehen sein. Die Fotodiode könnte als ein Schalter wirken, der die Elektronik nur dann einschaltet, wenn die gesamte Oberfläche der Wandler mit Papier bedeckt ist, wodurch die "Kanten-Effekte" (sporadische, fehlerhafte Anzeigen, die dann auftreten können, wenn die Papierkante über die Oberfläche der Wandler läuft) eliminiert werden.

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Claims

Ansprüche

Ql Vorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins von sich ngs einer vorbestimmten Bahn bewegenden Bogen mit einem Ultraschall-Energiegenerator, der sich zeitlich ändernde Ultraschallenergie auf die sich längs der Bahn bewegenden Bogen leitet, und wobei ein auf Ultraschallenergie ansprechender Empfänger zum Empfang von Ultraschallenergie angeordnet ist, die durch die sich längs der Bahn bewegenden Bogen übertragen wird, und wobei ein sich zeitlich veränderndes elektrisches Signal proportional zur Größe der durch die Bogen übertragenen Ultraschallenergie erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Komparator- oder Vergleichs-Schaltung (30) betriebsmäßig mit dem Ultraschallenergiegenerator und dem Empfänger gekoppelt ist, um die Phasenbeziehung zwischen der durch den Generator erzeugten, sich zeitlich verändernden Ultraschallenergie und dem durch den Empfänger erzeugten, sich zeitlich verändernden Signal festzustellen, und um ein Signal dann zu erzeugen, wenn diese Phasenbeziehung einen Schwellenwert übersteigt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator (20) direkt mit einem Analogkomparator (22) verbunden ist, dessen Ausgang mit der Vergleichsschaltung (30) in Verbindung steht, und daß der Empfängerwandler (18) mittels eines Nulldurchgangs-Komparators (28) mit der Vergleichsschaltung (30) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Breitbandverstärker (23) zwischen dem Empfängerwandler (18) und dem Nulldurchgangs-Komparator (28) liegt.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tiefpaßfilter (32) mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung verbunden ist, und daß ein Ausgangskomparator an das Tiefpaßfilter (32) angeschaltet ist.

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5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskomparator (34) eine einstellbare BezugsSpannungsquelle (36) umfaßt.
6. Verfahren zur Feststellung des Vorhandenseins eines
Bogens, der sich längs einer vorbestimmten Bahn bewegt, wobei ein sich zeitlich änderndes Ultraschallsignal erzeugt wird
und auf die sich längs des Weges bewegenden Bogen gelenkt
wird, und wobei dieses Signal nach dem Durchgang durch die Bogen festgestellt wird, gekennzeichnet durch Überwachung der Phase des festgestellten Signals zum Zwecke der Feststellung der augenblicklichen Phase bezüglich eines Bezugssignals,
wobei ferner ein Signal infolge einer Änderung der Phase des empfangenen Signals über einen vorbestimmten Wert hinaus erzeugt wird.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogkomparator (22) eine Rechteckwellenausgangsgröße erzeugt.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator
(20) ein Sinussignal erzeugt.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfängerwandler (18) ein elektrisches Signal mit der gleichen Frequenz
wie der Oszillator erzeugt, aber phasenverschoben demgegenüber.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Phasenkomparator (3o) eine Rechteckwellenimpulsausgangsgröße ist, deren ins Positive gehende Kante durch die vordere Kante des durch den Komparator (28) erzeugten Signals
bestimmt ist.

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11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator ein Rechteckwellensignal erzeugt und direkt mit dem Phasenkomparator (30) verbunden ist.
12. Vorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins von Mehrfachbogen, die sich längs einer vorbestimmten Bahn bewegen, gekennzeichnet durch a) Mittel zur Erzeugung eines ersten, sich zeitlich ändernden elektrischen Signals; b) er-ste Wandlermittel angeordnet auf einer Seite des Weges und ansprechend auf das erste sich zeitlich ändernde elektrische Signal zur Erzeugung eines sich zeitlich ändernden Ultraschallsignals, welches auf den bzw. die Bogen an einer ersten Stellung längs des Weges auftrifft; c) zweite Wandlermittel angeordnet auf der entgegengesetzten Seite der Bogenbahn und ausgerichtet mit den ersten Wandlermitteln zur Aufnahme von mindestens einem Teil der Ultraschallwelle (Signal), die auf den bzw. die Bogen auftrifft, um ein zweites,sich zeitlich änderndes elektrisches Signal zu erzeugen, und d) Phasenvergleichsmittel, die auf die ersten und zweiten,sich zeitlich ändernden elektrischen Signale ansprechen, um deren Phasenbeziehung zu vergleichen und ein Ausgangssignal dann zu erzeugen, wenn diese Phasenbeziehung einen Mehrfachbogeneingabezustand anzeigt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenvergleichsmittel folgende Elemente aufweisen:

1) einen ersten Nulldurchgangs-Komparator, der auf das zweite, sich zeitlich ändernde elektrische Signal anspricht und ein erstes Rechteckwellenausgangssignal erzeugt,

2) einen Phasenkomparator (30), der auf das erste Rechteckwellenausgangssignal und das erste, sich zeitlich ändernde elektrische Signal anspricht, um ein Impulssignal zu erzeugen, wobei dessen Breite eine Funktion der Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten,sich zeitlich ändernden elektrischen Signalen ist,

3) ein Tiefpaßfilter (32), welches mit dem Phasenkomparator (30) verbunden ist, und

4) eine Ausgangskomparatorvorrichtung (34), die mit dem Tiefpaß-

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filter verbunden ist und eine Anzeige dann erzeugt, wenn ein Mehrfachbogeneingabezustand aufgetreten ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskomparator (34) eine einstellbare Bezugsspannungsquelle (36) aufweist.
15. Vorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins von mehrfachen Bogen, die sich längs eines vorbestimmten Weges bewegen, gekennzeichnet durch folgende Elemente:

a) Mittel zur Erzeugung eines ersten, sich zeitlich ändernden elektrischen Signals,

b) erste Wandlermittel angeordnet auf einer Seite des Weges und ansprechend auf ein erstes, sich zeitlich änderndes Signal zur Erzeugung eines sich zeitlich verändernden Ultraschallsignals, welches auf den bzw. die Bogen an einer ersten Stelle längs der Bahn auftrifft,

c) zweite Wandlermittel angeordnet auf der entgegengesetzten Seite der Bogenbahn und ausgerichtet mit den ersten Wandlermitteln, um mindestens einen Teil der Ultraschallwelle zu empfangen, die auf den bzw. die Bogen auftrifft, um so ein zweites, sich zeitlich änderndes elektrisches Signal zu erzeugen,

d) Mittel, welche auf die ersten und zweiten, sich zeitlich ändernden elektrischen Signale ansprechen, um ein drittes elektrisches Signal zu erzeugen, welches einen Parameter besitzt, der eine Funktion der Differenz zwischen den Phasen der ersten und zweiten Signale ist,

e) Mittel zur Erzeugung eines Bezugssignals mit einem Parameter, der einen Bereich von Parametern für die Parameter des dritten Signals erzeugt, so daß der dritte Signal-Parameter innerhalb dieses Bereichs dann liegt, wenn der Mehrfachbogenzustand aufgetreten ist, und

f) Vergleichsmittel zum Zwecke des Vergleichens dieses dritten elektrischen Signals und der Bezugssignal-Parameter zur Erzeugung einer Ausgangsgröße, die das Vorhandensein eines Mehrfachbogenzustands dann anzeigt, wenn der dritte Parameter innerhalb dieses Bezugssignal-Parameterbereichs liegt.

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16. Verfahren zur Feststellung eines Mehrfachbogeneingabezustands, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Erzeugung eines sich zeitlich verändernden Ultraschallsignals, welches auf den bzw. die Bogen an einer ersten Stelle
längs eines vorbestimmten Bogeneingabewegs auftrifft,

b) Aufnahme eines Teils der Ultraschallwelle, die auf den bzw. diese Bogen aufgetroffen ist und Erzeugung eines ersten, sich zeitlich ändernden elektrischen Signals, und

c) Erzeugung einer Ausgangsgröße dann, wenn die Phase dieses
ersten, sich zeitlich ändernden elektrischen Signals anzeigt, daß ein Mehrfachbogeneingabezustand aufgetreten ist.
17. Verfahren zur Feststellung eines Mehrfachbogeneingabezustands, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Erzeugung eines ersten, sich zeitlich ändernden elektrischen Signals mit einer vorbestimmten Frequenz,

b) Erzeugung eines sich zeitlich ändernden Ultraschallsignals mit einer derartigen vorbestimmten Frequenz, wobei dieses Signal auf den bzw. den Bogen an einer Stelle längs eines vorbestimmten Weges auftrifft,

c) Aufnahme eines Teils der Ultraschallwelle, die auf den bzw. die Bogen auftraf und Erzeugung eines zweiten, sich zeitlich
ändernden elektrischen Signals, und

d) Vergleichen dieser ersten und zweiten elektrischen Signale und Erzeugung einer Ausgangsgröße dann, wenn die Differenz
zwischen ihren Phasen anzeigt, daß der Mehrfachbogeneingabezustand aufgetreten ist.

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