DE2904435C3 - Lochsuchgerät für Materialbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lochsuchgerät für Materialbahnen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als Lichtempfangs-Anordnung wird im allgemeinen ein sich parallel zur Abstastbahn 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 Abtastlichtflecks über das Loch Licht durch die Bahn hindurch zum Lichtleitstab, innerhalb dessen das Licht in bekannter Wtise 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 Abtastlichtfleck 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 Licht innerhalb einer Streukeule in von den Reflexionsrichtungen der benachbarten Spiegelflächen abweichenden Richtungen 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

y, bedingier 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. Die Aufgabe der Erfindung ist somit 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 der Lichtfleck in Umfangsrichtung nur eine solche Ausdehnung hat, daß er erst dann eine Kante des Spiegelrades berührt, wenn der Abtastlichtfleck auf der Bahn einen außerhalb der Streukeule der Kante liegenden Abstand vom Rand der Bahn hat. Die maximale Abtastlänge ist somit durch diejenigen maximalen Reflexionswinkel des Lichtbündels an den Spiegelflächen des Spiegelrades bestimmt, 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 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 Rändern die Kanten des einen oder anderen Spiegelrades in den Lichtfleck 'zw. 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

Ein weiterer Vorteil der erfindungs^emäßen Ausbildung eines Spiegelrades als Doppelspiegelrad besteht darin, daß ohne Durchmesser- und Drehzahlerhöhung die doppelte Spiegelflächenanzahl erhalten wird. Aufgrund der eifindungsgemäßen Anordnung wird also ein sehr kompakter Aufbau erzielt, und die durch die Zentrifugalkräfte hervorgerufene Belastung des Spiegelrades wird herabgesetzt

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 Lichteinfallsmantelfläche diametral abgewandten Mantelfläche eine Stufenspiegelanordnung trägt, weiche 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. 2ί

Ein weiteres Problem bei derartigen Lochsuchgeräten besteht darin, daß der auf dem Spiegelrad erzeugte Lichtfleck durch rund um ihn herum angeordnete Bcugungsbilder unscharf und verschwommen ist und insbesondere eine solche Ausdehnung erreicht, daß die Berührung der Kanten des Spiegelrades selbst dünn nicht vermieden werden kann, wenn der Lichtfleck sehr klein gewählt wird.

Um deshalb auf dem Spiegelrad einen Lichtfleck zu erzeugen, welcher eine exakte Geometrie insbesondere bezüglich seiner Breite in Umfangsrichtung aufweist, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, 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 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 Weise derart innerhalb der Spiegelradflächen angeordnet werden kann, daß beim Abtasten der Ränder der Bahn keine Kante eines der beiden Spiegelräder sich innerhalb des Lichtfleckes befindet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lochsuchgerätes,

Fig.2 eine teilweise geschnittene Draufsicht des Gegenstandes der F i g. 1 und

Fi g. 3 eine zu Fig. t analoge Ansicht bei einer etwas anderen Winkelpositior des Spiegelrades.

Die Darstellung in der beigefügten Zeichnung ist rein schematisch und keineswegs maßstäblich zu verstehen. Die Wahl der Darstellung erfolgte unter dem Gesichtspunkt, daß sämtliche Elemente des erfindungsgemäßen Lochsuchgerätes in zwei Figuren vollständig wiedergegeben werden können.

Nach den F i g. 1 und 2 wird das Licht eines Lasers 11 durch ein Mikroobjektiv 12 au? einer spaltförmigen Modenblende 13 konzentriert. Die Spaltbreite der Modenblende beträgt beispielsweise etwa 10 μ.

Die Modenblende erzeugt am Ort eines Objektivs 14, in dessen Brennpunkt sie angeordnet ist, ein Beugungsbild, dessen nullte Ordnung gerade die öffnung des Objektivs 14 erfaßt Die Ordnungen I, H, III usw. gehen am Objektiv 14 vorbei und werden beispielsweise durch eine geeignet angeordnete Zwischenwand absorbiert

Vom Objektiv 14 gelangt das Licht zur Oberfläche eines Spiegelrades 15, dessen Drehachse 25 parallel zum Spa!t der Modenblende 13 verläuft

Gemäß F i g. 2 steht das Spiegelrad etwas schräg zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlenganges, so daß das von der Oberfläche des Spiegelrades 15 reflektierte Licht zu einem neben dem Objektiv 14 angeordneter. Hohlspiegel 17 gelangt welcher Streifenform hat und zusammen mit dem Objektiv 14 den Spalt der Blende 13 auf der Oberfläche einer Materialbahn 18 abbildet. Die Materialbahn wird in Fig. 1 senkrecht zur Zeichenebene und in F i g. 2 in Richtung des Pfeiles / kontinuierlich bewegt. Von der Bahnführungsvorrichtung ist in Fig.2 lediglich eine Umlenkwalze 26 dargestellt

Erfindungsgemäß besteht das Spiegelrad 15 aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten, eng aneinander liegenden, identischen Teilspiegelrädern 15a, 15b, welche jedoch gemäß den F i g. 1 und 2 um eine halbe Teilung in Umfangsrichtung gegeneinander verdreht sind. Die beiden Teüspiegelräder 15a, 156 sitzen fest auf der Drehachse 25 und laufen mit gleicher Drehzahl um.

Der auf dem Spiegelrad 15 entworfene Lichtfleck soll in der Darstellung der F i g. 2 die beiden Teüspiegelräder 15a, \5b in Axialrichtung voll ausleuchten. In Umfangsrichtung hat der Lichtfleck 16 gemäß F i g. 1 eine Länge b, welche Heiner als die Hälfte der Umfangslänge einer der Spiegelflächen der beiden Spiegelräder 15a, 15f>ist.

Hinter der Materialbahn 18 ist parallel zur Abtastrichtung 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 Abtastlichtfleck 21 tastet die Materialbahn 18 kontinuierlich und periodisch in unmittelbar aufeinanderfolgenden Schritten quer zu ihrer Bewegungsrichtung f ab. Die Abtastrichtung ist in F i g. 1 durch den Doppelpfeil Fangedeutet.

Der Abtastlichtfleck 21 bewegt sich dabei von einer der aus F i g. 3 ersichtlichen Positionen am Rand 22 der Bahn bis zur Mitte (F i g. 1) und von dort aus weiter bis zum anderen Rand 22.

In der Bahn sind an verschiedenen Stellen Löcher 24 gezeigt. Trifft der Abtastlichtfleck 21 auf ein derartiges Loch, so gelangt Licht durch die Bahn hindurch in den Lichtleitstab 19 und von dort aus zu dem Fotoempfänger 27. Jedes Loch ergibt somit ein elektrisches Feh!°rsignal am Ausgang des Fotoempfängers 27.

Dei gesamte Abtastlänge ist in Fig. 3 mit L bezeichnet.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung berührt der Lichtfleck 16 bei der in F i g. 3 veranschaulich-

ten Winkelposition des Spiegelrades 15 keine der Kanten 20 der Spiegelräder 15a, 156. In dieser Winkelposition gelangt das an den ebenen Spiegelflächen reflektierte Licht über den Hohlspiegel 17 zu den Rändern 22 der Bahn 18.

Beim weiteren drehen des Spiegelrades 15 aus der Position der Fig. - in die Position nach Fig. 1 gelangt jedoch in einem gewissen Abstand des Abtastlichtflecks 21 vom Rand 22 der Bahn 18 eine der Kanten 20 in den Lichtfleck 16. Hierdurch entsteht Streulicht, welches in F i g. 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 außerhalb des Meßbereiches L liegen und somit die Lochfeststellung in keiner Weise beeinflussen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Lochsuchgerät für bewegtes blattförmiges Material und Materiaibahnen kurz Bahnen genannt, 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 quer zur Bewegungsrichtung abtastet und die Lichtempfangs-Anordnung sich entlang der Bahn des Abtastlichtflecles erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelrad (15) aus zwei konzentrisch aneinanderliegenden, gleich ausgebildeten Teilspiegelrädern (15a, 15Z)JI besteht, die in Umfangsrichtung um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt sind, daß der Lichtfleck (16) beide Spiegelräder (15a, \5b) erfaßt und in Umfangsrichtung eine geringere Ausdehnung (b) als die halbe Umfangslänge (a) einer Spiegelfläche hai und daß der Lichtfleck (16) in Umfangsrichtung nur eine solche Ausdehnung (b) hat, daß er erst dann eine Kante (20) des Spiegelrades (15) 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.

2. Lochsuchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtfleck (16) in Umfangsrichtung nur eine solche Ausdehnung (b) hat, daß er erst dann eine Kante (20) des Spiegelrades (16) berührt, wenn der Abtastlichtfleck (21) einen Abstand vom Rand der Bahn hat, der 2 bis 10% und vorzugsweise 4 bis 6%, insbesondere 5% der Abtastlänge (XJ beträgt.

3. Lochsuchgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zehn Flächen aufweisende Spiegelräder (15a, \5b) verwendet werden.

4. 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.

5. Lochsuchgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltblende eine Modenblende (13) ist, welche lediglich die nullte Ordnung auf das Objektiv (14) gelangen läßt und alle anderen Ordnungen ausblendet.