DE2904435A1 - Lochsuchgeraet fuer materialbahnen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Lochsuchgerät für blattförmiges
Material, insbesondere Materialbahnen, mit einer Lichtquelle, vorzugsweise einem Laser, einem Mikroobjektiv, welches
das Laserlicht im Spalt einer Spaltblende konzentriert, einem Objektiv, welches auf einem Spiegelrad, dessen Drehachse
parallel zum Spalt der Spaltblende verläuft, einen Lichtfleck erzeugt, einem streifenförmigen Hohlspiegel, in
dessen Brennpunkt sich der Lichtfleck befindet und welcher das vom Spiegelrad reflektierte Licht empfängt und zusammen
mit dem Objektiv die Spaltblende auf der Materialbahn abbildet, und einer hinter der Materialbahn angeordneten Lichtempfangs-
Anordnung, wobei der Abtastlichtfleck die Materialbahn periodisch von einem Rand bis zum anderen abtastet und die
Lichtempfangs-Anordnung sich entlang der Bahn des Äbtastlichtflecks
erstreckt. Als Lichtempfangs-Anordnung wird im allgemeinen ein sich parallel zur Abtastbahn des Abtastlichtflecks
erstreckender Lichtleitstab verwendet, an dessen einer Stirnseite sich ein Fotoempfänger befindet, während die andere
Stirnseite entweder verspiegelt ist oder ebenfalls einen Fotoempfänger aufweist. Weist die ansonsten lichtundurchlässige
Bahn ein Loch auf, so gelangt beim Hinweglaufen des Abtastlicht flecks über das Loch Licht durch die Bahn hindurch
zum Lichtleitstab, innerhalb dessen das Licht in bekannter V/eise durch Totalreflexion zum Fotoempfänger gelangt.
Eine an den Fotoempfänger angeschlossene Auswerteelektronik gibt somit jeweils ein Signal ab, wenn der Abtastlichtfleck
ein Loch in der Bahn überstreicht. Die Bahn selbst bewegt sich in ihrer Ebene senkrecht zur Abtastbahn des Abtastlichtfleckes
kontinuierlich mit einer solchen Geschwindigkeit, daß der Abtastlicht fleck bei den sich kontinuierlich wiederholenden
Abtastzyklen die gesamte Bahnfläche erfaßt.
Ein Problem bei derartigen Lochsuchgeräten besteht darin, daß an den Kanten zwischen zwei ebenen Flächen des Spiegelrades
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Licht innerhalb einer Streukeule in von den Reflexionsrichtungen der benachbarten Spiegelflächen abweichenden Sichtungen
gestreut wird, wenn das Lichtbündel teilweise auf eine derartige Kante auftrifft. Dies ist nun gerade dann
der Fall, wenn sich das Spiegelrad in einer Winkelposition befindet, bei der gerade die Ränder der Bahn vom Abtastlichtfleck
erfaßt werden. Um den eigentlichen Abtastlichtfleck herum"entsteht somit ein durch die Lichtstreuung
an der Kante bedingter Lichthof, was bedeutet, daß eine gewisse Lichtmenge seitlich am Rand der Bahn vorbeigeht und
die Lichtempfangs-Anordnung erreicht. Dadurch besteht die Gefahr, daß beim Abtasten der Bahn in der Nähe ihrer Ränder
ein Fehlersignal ausgelöst wird, obwohl gar kein Loch am Rand der Bahn vorhanden ist.
Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, ein Lochsuchgerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem dieser
Nachteil vermieden ist und von den Kanten des Spiegelrades herrührendes Streulicht bei Abtastung der Bahn im Bereich
von deren beiden Rändern vermieden wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das Spiegelrad aus zwei konzentrisch aneinanderliegenden, gleich
ausgebildeten Teilspiegelrädern besteht, die in Umfangsrichtung um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt sind, daß der
Lichtfleck beide Spiegelräder erfaßt und in umfangsrichtung eine geringere Ausdehnung als die halbe Umfangslänge einer
Spiegelfläche hat und daß die maximale Abtastlänge durch diejenigen maximalen Reflexionswinkel des Lichtbündels an
den Spiegelflächen des Spiegelrades bestimmt ist, bei denen der Lichtfleck keine der Kanten des Spiegelrades berührt.
Auf diese Weise wird einerseits eine ununterbrochene Folge von Abtastzyklen erzielt, ohne daß beim Abtasten der beiden Ränder
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der Bahn Licht auf eine der Kanten der beiden Spiegelräder fällt. Vielmehr liegt der auf den Spiegelrädern befindliche
Lichtfleck während des Abtastens der Bahn im Bereich von deren Rändern ausschließlich innerhalb der ebenen Spiegelflächen
zwischen den Kanten. Streulicht von den Kanten kann also in diesen Bereichen des Abtastzyklus überhaupt nicht
auftreten. Zwar treten während der Abtastung der Bahn .in sicherem Abstand von den Bändern die Kanten des einen oder
anderen Spiegelrades in den Lichtfleck bzw. das ihn erzeugende Lichtbündel ein, so daß dann von diesen Kanten Streulicht
ausgeht. Dieses Streulicht erreicht jedoch nur Bereiche der Materialbahn und geht nicht über die in sicherem
Abstand befindlichen Ränder hinaus. Das Streulicht wird also von der Materialbahn zurückgehalten, es sei denn, daß sich
im Bereich des Streulichts ein Loch befindet. Sollte das Streulicht hier hindurchgehen und ein Fehlersignal auslösen,
so ist dies nur erwünscht.
Erfindungsgemäß wird die Ausbildung also vorzugsweise so vorgenommen, daß der Lichtfleck in Umfangsrichtung nur eine
solche Ausdehnung hat, daß er erst dann eine Kante des Spiegelrades berührt, wenn der Abtastlicht fleck auf der Bahn einen
außerhalb der Streukeule einer Kante liegenden Abstand vom Rand der Bahn hat.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemaßen Ausbildung eines
Spiegelrades als Doppelspiegelrad besteht darin, daß ohne Durchmesser- und Drehzahlerhöhung die doppelte Spiegelflächenanzahl
erhalten wird. Aufgrund der erfindungsgemaßen Anordnung wird also ein sehr kompakter Aufbau erzielt, und die durch die
Zentrifugalkräfte hervorgerufene Belastung des Spiegelrades wird herabgesetzt.
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Die Lichtempfangsanordnung ist vorzugsweise ein sich quer
zur Bahn erstreckender Lichtleitstab ggf. mit vorgeschalteter Zylinderlinse. Der Querschnitt des Lichtleitstabes
soll dabei rund sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Lichtleitstab auf seiner von der Lichteinfallsniantelfläche
diametral abgewandten Mantelfläche eine Stufenspiegelanordnung
trägt, welche das radial auftreffende Licht unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtleitstab reflektiert.
Ein derartiger Lichtleitstab ist beispielsweise in der DE-OS 25 08 366 beschrieben.
Ein weiteres Problem bei derartigen Lochsuchgeräten besteht darin, daß der auf dem Spiegelrad erzeugte Lichtfleck durch
rund um ihn herum angeordnete Beugungsbilder unscharf und verschwommen ist und insbesondere eine solche Ausdehnung
erreicht, daß die Berührung der Kanten des Spiegelrades selbst, dann nicht vermieden' werden kann, wenn der Lichtfleck
sehr klein gewählt wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht somit darin, auf dem Spiegelrad einen Lichtfleck zu erzeugen, welcher eine
exakte Geometrie insbesondere bezüglich seiner Breite in Unifangsrichtung aufweist.
Zur Lösung dieser weiteren Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Spaltblende eine Modenblende ist, welche lediglich
die nullte Ordnung auf das Objektiv gelangen läßt und alle anderen Ordnungen ausblendet« Derartige Modenblenden werden
auch als Ortsfrequenzfilter bezeichnet. Ihre Öffnung liegt
in der Größenordnung eines Vielfachen der Wellenlänge des vorzugsweise verwendeten kohärenten Lichtes, wodurch am
Ort des Objektivs eine Beugungsfigur erzeugt wird, deren nullte Ordnung das Objektiv gerade voll ausfüllt. Die übrigen
Ordnungen gehen am Objektiv vorbei und werden erfindungs-
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gemäß in dem Strahlengang des Lochsuchgeräts nicht genutzt.
Auf diese Weise entsteht auf der Oberfläche des Spiegelrades ein scharf abgegrenzter Lichtfleck, welcher besonders gut
in der oben beschriebenen V/eise derart innerhalb der Spiegelradflächen angeordnet werden kann, daß beim Abtasten der
eines
Ränder der Bahn keine Kante/der beiden Spiegelräder sich innerhalb
des Lichtfleckes befindet.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Lochsuchgerätes,
Figur 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht des Gegenstandes der Fig. 1 und
Figur 3 eine zu Fig. 1 analoge Ansicht bei einer etwas anderen V/inkelposition des Spiegelrades.
Die Darstellung in der beigefügten Zeichnung ist rein schematisch und keineswegs maßstäblich zu verstehen. Die V/ahl
der Darstellung erfolgte unter dem Gesichtspunkt, daß sämtliche Elemente des erfindungsgemaßen Lochsuchgerätes
in zwei Figuren vollständig wiedergegeben werden können.
Nach den Fig. 1 und 2 wird das Licht eines Lasers 11 durch
ein Mikroobjektiv 12 auf einer spaltförmigen Modenblende
13 konzentriert. Die Spaltbreite der Modenblende beträgt
beispielsweise etwa \0 UL.
Die Modenblende erzeugt am Ort eines Objektivs Ii+, in dessen
Brennpunkt sie angeordnet ist, ein Beugungsbild, dessen nullte Ordnung gerade die Öffnung des Objektivs 14 erfaßt. Die Ordnungen
I, II, III usw. gehen am Objektiv 14 vorbei und werden bei-
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spielsweise durch eine geeignet angeordnete Zwischenwand
absorbiert.
Vom Objektiv 11± gelangt das Licht zur Oberfläche eines
Spiegelrades I5, dessen Drehachse 25 parallel zum Spalt
der Modenblende 13 verläuft.
Gemäß Fig. 2 steht das Spiegelrad etwas schräg zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlenganges, so daß das von der
Oberfläche des Spiegelrades I5 reflektierte Licht zu einem
neben dem Objektiv 1 /f angeordneten Hohlspiegel 17 gelangt, welcher Streifenform hat und zusammen mit dem Objektiv 11+
den Spalt der Blende 13 auf der Oberfläche einer Materialbahn 18 abbildet. Die Materialbahn wird in Fig. 1 senkrecht
zur Zeichenebene und in Fig. 2 in Richtung des Pfeiles f kontinuierlich bewegt. Von der Bahnführungsvorrichtung ist
in Fig. 2 lediglich eine Umlenkwalze 26 dargestellt.
Erfindungsgemäß besteht das Spiegelrad I5 aus zwei konzentrisch
zueinander angeordneten, eng aneinander liegenden, identischen Teilspiegelrädern 15a, 15b, welche jedoch gemäß
den Fig. 1 und 2 um eine halbe Teilung in Umfangsrichtung gegeneinander verdreht sind. Die beiden Teilspiegelräder 15aj
15b sitzen fest auf der Drehachse 25 und laufen mit gleicher
Drehzahl um.
Der auf dem Spiegelrad 15 entworfene Lichtfleck soll in der
Darstellung der Fig. 2 die beiden Teilspiegelräder 15a, 15b
in Axialrichtung voll ausleuchten. In Umfangsrichtung hat der.Lichtfleck 16 gemäß Fig. 1 eine Länge b, welche kleiner
als die Hälfte der Umfangslänge einer der Spiegelflächen der beiden Spiegelräder 15a, 15^>
ist.
Hinter der Materialbahn 18 ist parallel zur Abtastrichtung
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ein Lichtleitstab 19 angeordnet, welcher an der der Materialbahn
abgewandten Mantelseite eine Stufenspiegelanordnung 29 trägt und an einer Stirnseite einen Fotoempfänger
27 aufweist. Die andere Stirnseite 28 ist mit einer Verspiegelung 28 versehen.
Der auf der Oberfläche der Materialbahn 18 erzeugte scharfe
Abtastlicht fleck 21 tastet die Materialbahn 18 kontinuierlich und periodisch in unmittelbar aufeinanderfolgenden
Schritten quer zu ihrer Bewegungsrichtung f ab. Die Abtastrichtung ist in Fig. 1 durch den Doppelpfeil F angedeutet.
Der Abtastlichtfleck 21 bewegt sich dabei von einer der aus Fig. 3 ersichtlichen Positionen am Rand 22 der Bahn bis zur
Mitte (Fig. 1) und von dort aus weiter bis zum anderen Rand ZZ.
In der Bahn sind an verschiedenen Stellen Löcher Zk gezeigt.
Trifft der Abtastlichtfleck 21 auf ein derartiges Loch, so gelangt Licht durch die Bahn hindurch in den Lichtleitstab
und von dort aus zu dem Fotoempfänger Z7. Jedes Loch ergibt
somit ein elektrisches Fehlersignal am Ausgang des Fotoempfängers Z7.
Die gesamte Abtastlänge ist in Fig. 3 mit L bezeichnet.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung berührt der Lichtfleck
16 bei der in Fig. 3 veranschaulichten '.Yinkelposition
des Spiegelrades 15 keine der Kanten 20 der Spiegelräder 15a,
15b. In dieser Winkelposition gelangt das an den ebenen Spiegelflächen reflektierte Licht über den Hohlspiegel 17 zu
den Rändern ZZ der Bahn 18.
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Beim weiteren Drehen des Spiegelrades 15 aus der Position
der Fig. 3 in. die Position nach Fig. 1 gelangt jedoch in
einem gewissen Abstand des Abtastlicht flecks 21 vom Rand
der Bahn 18 eine der Kanten 20 in den Lichtfleck 16. Hierdurch entsteht Streulicht, welches in Fig. 1 durch die
Streukeule 23 schematisch wiedergegeben ist. Wird jedoch gemäß der Erfindung dafür gesorgt, daß dieses Streulicht
erst dann entsteht, wenn der Abtastlichtfleck einen ausreichenden
Abstand von den Rändern 22 hat, so kann das Streulicht nicht an den Rändern 22 der Bahn vorbeitreten, und die sichere
Lochfeststellung bleibt auch im Bereich der Ränder 22 der Bahn gewährleistet. Hierzu trägt auch wesentlich bei,
daß der Lichtfleck 16 wegen der Ausblendung aller Beugungsbilder eine exakt definierte geometrische Form hat.
Mit 30 sind in Fig. 1 reflektierte Lichtbündel bezeichnet,
die auPoerhalb des Meßbereiches L liegen und somit die Lochfeststellung
in keiner Weise beeinflussen.
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Claims (6)
1. Lochsuchgerät für blattförmiges Material, insbesondere Materialbahnen,
mit einer Lichtquelle, vorzugsweise einem Laser, einem Mikroobjektiv, welches das Laserlicht im Spalt einer Spaltblende
konzentriert, einem Objektiv, welches auf einem Spiegelrad, dessen Drehachse parallel zum Spalt der Spaltblende verläuft,
• einen Lichtfleck erzeugt, einem streifenförmigen Hohlspiegel,
in dessen Brennpunkt sich der Lichtfleck befindet und welcher das vom Spiegelrad reflektierte Licht empfängt und zusammen
mit dem Objektiv die Spaltblende auf der Materialbahn abbildet, und einer hinter der Materialbahn angeordneten Lichtempfangs-Anordnung,
wobei der Abtastlicht fleck die Materialbahn periodisch von einem Rand bis zum anderen abtastet und die Lichtempfangs-Anordnung
sich entlang der Bahn des Abtastlichtfleckes erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das
Spiegelrad (15) aus zwei konzentrisch aneinanderliegenden,
MANlTZ FlNSTfRWAK} HEYN MORGAN B«W MÜNCHEN 22 ROFUJlT KOCH TiIHASSE 1 TEL '(WS) 224? 11 TEl EX 05-29672 PATMI
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gleich ausgebildeten Teilspiegelrädern (15a, 15b) besteht,
die in Umfangsrichtung um eine halbe Teilung gegeneinander
versetzt sind, daß der Lichtfleck (16) beide Spiegelräder (15a* 15b) erfaßt und in Umfangsrichtung eine geringere
Ausdehnung (b) als die halbe Umfangslänge (a) einer Spiegelfläche hat und daß die maximale Abtastlänge (L) durch
diejenigen maximalen Reflexionswinkel (Cc ) des Lichtbündels
an den Spiegelflächen des Spiegelrades (I5) bestimmt
ist, bei denen der Lichtfleck (16) keine der Kanten (20) des Spiegelrades (I5) berührt.
2. Lochsuchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtfleck (I5) in Umfangsrichtung
nur eine solche Ausdehnung (b) hat, daß er erst dann eine Kante (20) des Spiegelrades (16) berührt, wenn der
Abtastlichtfleck (21) auf der Bahn (18) einen außerhalb der Streukeule (23) der Kante (20) liegenden Abstand vom Rand
(22) der Bahn (18) hat.
3. Lochsuchgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtfleck (16) eine Kante (20)
des Spiegelrades (I5) erst dann berührt, wenn der Abtastlichtfleck
(21) einen Abstand vom Rand der Bahn hat, der 2 bis 10 % und vorzugsweise if bis 6 %, insbesondere 5 %
der Abtastlänge (L) beträgt.
Zf. Lochsuchgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zehn
Flächen aufweisende Spiegelräder (15a, 15b) verwendet werden.
5. Lochsuchgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangsanordnung
ein sich quer zur Bahn (18) erstreckender Lichtleitstab
(19) gegebenenfalls mit vorgeschalteter Zylinderlinse ist.
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6. Lochsuchgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltblende
eine Modenblende (13) ist, welche lediglich die nullte Ordnung auf das Objektiv (12f) gelangen läßt und
alle anderen Ordnungen ausblendet.
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ORIGINAL INSPECTED
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