DE3332750A1

DE3332750A1 - Farbmarkentaster zur erkennung von helligkeitsschwankungen auf oberflaechen

Info

Publication number: DE3332750A1
Application number: DE19833332750
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Ing. 7530 Pforzheim Eggers
Original assignee: Detectron Elektronik & Co GmbH
Current assignee: Detectron Elektronik & Co GmbH
Priority date: 1983-09-10
Filing date: 1983-09-10
Publication date: 1985-04-04
Also published as: DE3332750C2

Description

Farbmarkentas ter Die Erfindung betrifft einen Farbmarkentaster zur Erkennung von insbesondere periodisch auftretenden Farb- und/oder Helligkeitsschwankungen auf relativbewegten Oberflächen, mit einer Lichtquelle, einen das von der Oberfläche reflektierte Licht registrierenden Fotodetektor und einem letzterem nachgesehaltetem Verstärker, dessen Ausgangssignal zur Steuerung maschineller Ablaufe dient.
Fur derartige Farbmarkentaster gibt es vielfältige Anwendungsgebiete, beispielsweise in der Verpackungsindustrie, wo eine relative Zuordnung eines bedruckten Packungsmaterials zu einem Packgut erreicht werden soll, wobei das Packungsmaterial in Form von bahnförmigem Material vorliegt. Zur Synchronisierung des Vorschubes des Verpackungsmaterials sind in vorgegebenen Abstände Druckmarken (Farbmarken) aufgebracht, die von derartigen Farbmarkentastern gelesen werden. Aus dem Druckmarkensignal wird dann mittels des Farbmarkentasters ein Ausgangssignal abgeleitet, das die erforderlichen Steuervorgänge in der betroffenen Verpackungsmaschine, beispielsweise Anhalten des Folienvorzugs veranlasst.
Zur einwandireien Erkennung von derartigen Marken sowohl dunklem als auch auf hellem Material, auf extrem langsam laufenden Bahnen als auch feiner Striche auf schnell laufenden Bahnen im anderen Extremfall ist es erforderlich, eine möglichst optimale Empfindlichkeit des Gerätes in einem weißen Helligkeit- und Frequenzbereich sicherzustellen. Dies setzt voraus, daß die Schaltfunktion, d.h. die Schaltschwelle, auf die Grauwertdifferenz zwischen dem Materialuntergrund (ohne Druckmarke) und der Drucknarke selbst einstellbar ist, und daß der Schaltverstärker statisch arbeitet, um extrem larlgsame Farb- und/oder Helligkeitsänderungen erfassen zu können.
Bei den bekannten Geräten ist dies durch manuelle Verstellbarkeit beispielsweise der Verstärkerempfindlichkeit oder Wahl des geeigneten Verstärkerart)eitspunktes erreichbar. Dies erfordert jedoch bei einem Wechsel des abzutastenden Materials (Produktwechsel) eine neue Justierung der betreffenden Verstärkerparameter zur Optimierung der Erkernungssicherheit der neuen Druckmarke auf dem neuen Material.
Bei schwachen Grauwertdifferenzen ist diese Einstellung kritisch und erfordert erfahrenes Personal. Bei ungeübten Kräften kann es zu Einstellfehlern des Farmarkentasters kommen, woraus dann entsprechende Funktionsfehler der gesteuerten Maschine resultieren.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen derartigen Farbmarkentaster so weiterzubilden, daß bei einem Arbeitsfrequenzbereich von 0 bis ca.
10 kHz. (statische Betriebsweise) eine automatische Einstellung der Schaltschwelle ermöglicht wird, ohne daß die Empfindlichkeit beeinträchtigt wird oder erhöhte Raumanforderungen gestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß der Verstärker r.t Bauteilen beschaltet ist, die innerhalb einer nicht zu Steuenuigszwecken dienenden Periode ein Referenzsignal gewinnen und über diese Periode hinaus speichern, das das vom Fotodetelstor in dieser Periode gelieferte (Untergrund-) Signal derart kolrpensiert, daß der Verstärker kein Ausgangssignal abgibt.
Diese Lösung ermöglicht einen automatischen Verstärkerabgleich auf den Helligkeits- bzw. Grauwert des Materialuntergrundes in dem Sinne, daß nach Ablauf dieser frei wählbaren Einstellungsperiode der Verstärker auf den Materialuntergrund so eingestellt ist, daß nur noch vom Fotodetektor gelieferte, vom Untergrundsignal abweichende Signale verstärkt werden und zu Schaltzwecken am Verstärkerausgang abgreifbar sind.
Zur Einleitung des automatischen Abgleichs kann beispielsweise ein Ausblendsignal verwendet werden, wie es an dcn meisten intermittierend arbeitenden Maschinen ohnehin zur Verfügtlng steht (dieses Signal dient zur Ausblendung von Helligkeitsschwankungen im Abtastbereich, die nicht zu Steuerzwecken herangezogen werden sollen). Da derartige Ausblendsignale in der Regel innerhalb jedes Index bei taktgesteuerten Maschinen zur Verfügung stehen, läßt sich durch die Verwendung dieses Ausblendsignals beim erfindungsgemäßen Farbmarkentaster ein automatischer Abgleich innerhalb jedes Index erzielen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Farbmarkentaster sieht vor, daß zur Erzeugung des Referenzsignals der Ausgang des Verstärkers über einen Speicherkondensator mit einem Differenzeingang des Verstärkers verbunden ist, an dessen Signaleingang der Fotodetektor liegt.
Damit ist ein Rückkopplungskreis gegeben, der durch Aufladung des Speicherkondensators zu einer automatischen Einstellung des Verstärkers derart fahrt, daß dessen Ausgangssignal im Bereich des vom Fotoelement abgegebenen Spannung liegt, also nahezu Null wird. Der derart er kannte Helligkeitswert des Materialuntergrundes wird dabei durch den Ladezustand des Speicherkondensators repräsentiert und bis zum nächsten Abgleichvorgang konstant gehalten.
In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens sieht die Erfindung vor, daß zur Aufladung des Speicherkondensators im RUckkopplungskreis als Schalter ein Opto-Koppler liegt, der von dem externen Ableichsignal, insbesondere dem Ausblendsignal, gesteuert wird.
Durch die erfindungsgemäße Beschaltung des Verstärkers mit den Bauteilen zur "ein- und ausschaltbaren RUckkopplung" werden demnach folgende zwei Betriebszustände der Schaltung erzeugt: a) Nach Erhalt des Abgleichsignals (in der Regel eines Ausblendsignals) im Rückkopplungskreis wird letzterer geschlossen und der automatische Abgleich des Farbmarkentasters auf den Helligkeitswert des Materialuntergrundes wird durchgeführt. Nach Ablauf der dafür erforderlichen Zeitspanne wird der RUckkopplungskreis durch den Opto-Koppler wieder unterbrochen. b) Der Verstärker ist nunmehr für den Normalbetrieb betriebsbereit, d.h., eine vom Fotodetektor "gesehene" Helligkeitsschwankung der Oberfläche führt zu einer Ausst@uerung des Verstärkers und in bekannter Weise zu einem entsprechenden Steuersignal für die gest@@@rte Maschine.
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale können bei der Herstellung des Farbmarkentasters teuere mechanische Baut@ile zur Blendenverstellung eingespart werden. Das G@@@@@ kann einfacher geststalt@@ werden, da entsprechende Durchführungen für die zur Justierung erforderlichen Bedienungsteile ebenfalls entfallen können, so daß außer der wes@@tlich vereinfachten Bedienung auch eine Kostenersparnis bei der Herstellung zu erwarten ist. Durch die erfindungsgemäße, vollständige Automatisierung des Helligkeitsabgleichs sind Fchlbedienungen ausgeschlossen und die einwandfreie Steuerung der betroffenen Maschine kann mit höchstmöglicher Sicherheit gewährleistet werden.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Farbmarkentasters wird nun anhand einer Schaltskizze nälier erläutert: Der das von der zu überwachenden Oberfläche reflektierte Lichte aufnehmende Fotodetektor ist über einen Analog-Feld-Effekt-Transistor 40 an den cteuereingang 23 des Verstärkers 20 gelegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verstärker 20 in an sich bekannter Weise zweistuftig aus zwei Operationsverstärkern aufgebaut. Das vom Fotodetektor 10 abgegebene und vom Verstärker 20 verstärkte Signal steht an Ausgang 21 des Verstärkers zu Steuerzwecken zur Verfügung.
Vom Verstärkerausgang 21 liegt eine schaltbare Rückkopplungsleitung über einen weiteren Feldeffekttransistor 41 an Differenzeingang 22 des Verstärkers 20.
In diesem Rückkopplungskreis liegt auch ein Speicherkondensator 30.
Durch den hohen Eingangswiderstand des Feldeffekttransistors 41 kann der Speicherkondensator 30 dasjenige Referenzsignal speichern, das beim erfolgten Abgleich des Verstärkers (Verstärkerausgang 0) auftritt.
Im Rückkopplungskreis liegt als Schalter ein Opto-Koppler-Feldeffekttransistor 26, dessen Steuerleitung vom Abgleichsignal bzw. Ausblendsignal beaufschlagt wird.
Am Ausgang 21 des Verstärkers 20 liegen zwei Opto-Kopplertransistoren 28 in Dualausführung, diese gestatten eine einfache Signalumformung und eine einfache Entkopplung von Signal- und Ausgangsschaltkreis.
Der bei handelsüblichen Farbmarkentaster erforderliche Umschalter zur Erzeugung eines Schaltsignals definierter Polarität sowohl bei hellen Marken alf dunklem Untergrund als auch bei dunklen Marken auf hellem Untergrund kann bei dieser Ausgestaltung ebenfalls entfallen, da unabhängig vom Ausgangssignal des Verstärkers 20 am Ausgang des Dua1-Opto-Kopplers 28 ein Schaltsignal definierter Polarität auftritt.
Die erfindungsgemße Schaltung arbeitet wie folgt: a) Abgleichbetrieb Durch das von der Maschine erzeugte Abgleich- oder Ausblendsignal wird der Opto-Koppler 26 angesteuert und der Rückkopplungskreis vom Ausgang 21 des Verstärkers 20 zum Diffeinzeingang 22 wird geschlossen.
Je nach Ausgangssignal an Ausgang 21 bei Beginn des Abgleichvorganges wird der Speicherkondensator 30 geladen, schließlich bildet sich am Differenzeingang 22 des Verstärkers 20 ein Refereruzsigna1, das gleich groß ist wie das vom Fotodetektor 10 an den SignaJeingang 23 gelieferte, den Materialuntergrund repräsentierende Signal. Dadurch verschwindet das Signal am Ausgang 21 und der Abgleichvorgang ist beendet, der Opto-Koppler 26 kann durch ein entsprechendes Stop-Signal wieder geöffnet werden. b) Abtastbetrieb Infolge des geladenen Speicherkondensators 30 liegt an Differnezeing,ang 22 des Verstärkers 20 nach wie vor ein Signal an, das den in der Ahgleichphase abgetasteten Materialuntergrund repräsentiert.
Bei dem Überfahren einer Farbmarke führt die entsprechende Lichtmengenänderung im Fotodetektor 10 zu einem Signal am Siglaleingang 23, das vom Referenzsignal am Differenzeingang 22 abweicht, das Differenzsignal wird verstärkt am Ausgang 21 abgegriffen und vom Opto-Koppler 28 in ein Ausgangsschaltsignal definierter Polarität umgeformt, das dann zur Veranlassung geeigneter Schaltvorgänge zur Verfugung steht.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Farbmarkentaster gestattet daher durch den vollständigen Verzicht auf externe Einstellelemente einen wesentlich einfacheren, sichereren Betrieb und eine Herstellung zu reduzierten Kosten.

Claims

Patentanspaiche 1. Farbmarkentas.ter zur Erkennung von insbesondere periodisch auftretenden Helligkeitsschw.vßcungen auf relativ bewegten Oberflächen, mit einer Lichtquelle, einem das von der Oberfläche reflektierte lichtregistrierenden Fotodetektor und einem letzterem nachgeschaltetem Verstärker, dessen Ausgangssignal zur Steuerung maschineller Abläufe dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (20) mit Bauteilen beschaltet ist, die innerhalb einer nicht zu Steuerungszwecken dienenden Periode ein Referenzsignal gewinnen und über diese Periode hinaus speichern, das das vom Fotodetektor (10) in dieser Periode gelieferte (Untergnuld-) Signal derart kompensiert, daß der Verstärker (20) kein Ausgangssignal abgibt.
2. Farbmarkentaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Referenzsignals der Ausgang(21)des Verstärkers (20) über einen Speicherkondensator (30) mit dem Differenzeingang (22) des Verstärkers (20) verbunden ist, an dessen Signaleingang (23) der Fotodetektor (10) liegt.
3. Farbmarkentaster nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufladung des Speicherkondensators (30) im RUckkopplungskreis als Schalter ein Opto-Koppler (26) mit bilateralem FET liegt, der von einen externen Abgleichsignal gesteuert wird.
4. Farbmarkentaster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgieichsignal das Ausblendsignal der gesteuerten Maschine ist.
5. Farbsnarkentaster nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator. (30) und der Fotodetektor (10) über je einen Feldeffekttransistor (40,41) mit dem zugehörigen Eingang (22,23) des Verstärkers (20) verbunden sind.
6. Farbmarkentaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärker (20) als elektronischer Hell- Dunkel-Umschalter ein Dual-Opto-Koppler (28) nachgeschaltet ist.