DE3637874A1

DE3637874A1 - Vorrichtung zur erfassung und regelung der bahnkantenlage

Info

Publication number: DE3637874A1
Application number: DE19863637874
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Seibold; Christian Muehlenbein; Klaus Dipl Ing Scharm; Rudolf Foerster
Original assignee: Erhardt and Leimer GmbH
Current assignee: Erhardt and Leimer GmbH
Priority date: 1986-11-06
Filing date: 1986-11-06
Publication date: 1988-05-19
Also published as: DE3637874C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung und Regelung der Bahnkantenlage von laufenden Waren bahnen, insbes. von hochtransparenten Folien-Bahnen.

Aus der DE-PS 27 30 733 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei der ein mit Sende- und Empfangsdüsen für Preßluft ausgestatteter Bahnkantenfühler einen Membranantrieb steuert, der wiederum einen die Lage der Warenbahn beeinflussenden Drehrahmen betätigt. Im einzelnen läuft hierbei die Warenbahn zwischen der Sendedüse und der Empfangsdüse, die sich axial gegen über stehen und bei Sollage der Warenbahn von dieser etwa halb abgedeckt sind. Dadurch ist die Warenbahn an ihrer Kante dauernd einer Luftströmung ausgesetzt, was insbes. bei sehr dünnen Warenbahnen dazu führen kann, daß die Kante sich einrollt oder die Warenbahn sogar aus dem Bandkantenfühler herausgeblasen wird. Weiter besteht der Machteil, daß diese Düsen durch Staubpartikel leicht verstopfen, so daß laufende Rei nigungs- und Wartungsarbeiten durchgeführt werden müs sen.

Ein diesem pneumatisch arbeitenden Bandkantenfühler entsprechend ausgebildeter optischer Fühler in der Art einer Lichtschranke, der diese Probleme beseiti gen würde, ist dagegen aufgrund der geringen Licht absorption von hochtransparenten Folien für diesen Einsatzzweck ungeeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Warenbahn auch im Bereich der Bahnkante keinen durch den Bahnkantenfühler verursachten Kräften ausgesetzt ist, daß aber dennoch eine genaue, auch hinsichtlich ihrer tatsächlichen Position erfaßbare Bestimmung der Bahnkantenlage möglich ist.

Eine diese Aufgabe lösende Vorrichtung ist gekennzeich net durch einen mit Abstand von der Warenbahn angeord neten elektrooptischen Bildsensor mit einer optischen Abbildungseinrichtung, deren optische Achse mit der Laufrichtung der Warenbahn einen spitzen bzw. stumpfen Winkel einschließt und der einen zur Laufrichtung der Warenbahn im wesentlichen senkrechten, sich zu beiden Seiten der Bahnkante erstreckenden Streifen zeilenar tig abtastet, wobei im Bereich des sich außerhalb der Warenbahn erstreckenden Teils des abgetasteten Strei fens das Reflektionsvermögen geringer ist als das der Warenbahn, sowie mit einer flächenhaft ausgedehnten, die Warenbahn bestrahlenden Beleuchtungseinrichtung, deren leuchtende Fläche eine im wesentlichen homogene Leuchtdichte aufweist und deren Größe und Anordnung so gewählt ist, daß alle vom abgetasteten Streifen zur optischen Abbildungseinrichtung ausgehenden Licht strahlen nach dem Reflektionsgesetz reflektierte Strahlen solcher einfallender Strahlen sind, die bei im Bereich des Streifens angenommener ebener Waren bahn aus dem Mittelbereich der leuchtenden Fläche der Beleuchtungseinrichtung stammen.

Der durch die Erfindung erreichte Fortschritt besteht im wesentlichen darin, daß es durch die flächenhaft ausgedehnte Beleuchtungseinrichtung für jeden Punkt des gesamten abgetasteten Streifens stets einen Licht strahl gibt, der von der leuchtenden Fläche der Beleuch tungseinrichtung ausgeht und für den die Reflexions bedingung erfüllt ist, so daß er anschließend auf den Bildsensor auftrifft. Im Ergebnis bedeutet dies, daß der Bildsensor im Bereich der Warenbahn bis zur Bahn kante stets ein auf Grund der Reflexion hohes Licht signal, im an die Bahnkante anschließenden Bereich außerhalb der Warenbahn dagegen ein geringes Licht signal empfängt. Aus diesem von dem Bildsensor re gistrierten Helligkeitssprung läßt sich in einer nach geschalteten Auswertungseinrichtung die Lage der Bahn kante auch hinsichtlich ihres absoluten Wertes ermit teln. Aufgrund der flächenhaft ausgedehnten Beleuch tungseinrichtung ist die genannte Reflexionsbedingung jedoch selbst dann noch erfüllt, wenn dieWarenbahn im Bereich des abgetasteten Streifens nicht eben ver läuft bzw. die Bahnkante wellig oder sogar in Längs richtung der Warenbahn eingerollt ist. Dabei können die an der Warenbahn bzw. der Bahnkante auftretenden Unebenheiten um so größer sein, je größer die leuchten de Fläche der Beleuchtungseinrichtung ist.

Die Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise von einer halbkugelförmigen Schale gebildet sein, deren von der kreisförmigen Randlinie aufgespannte Ebene im wesentlichen parallel zur Warenbahn verläuft und de ren von einer im wesentlichen punktförmigen Lichtquelle angestrahlte Innenfläche die leuchtende Fläche bildet, wobei die Schale eine seitlich des Scheitels angeord nete Lichtaustrittsöffnung für den Bildsensor aufweist. Da diese Ausgestaltung eine verhältnismäßig intensive Lichtquelle erforderlich macht, besteht eine im Rahmen der Erfindung bevorzugte Ausführungsform darin, daß die Beleuchtungseinrichtung eine im wesentlichen ebene leuchtende Fläche von kreisförmigem oder quadratischem bzw. rechteckigem Umriß aufweist. Dabei empfiehlt es sich dann, daß die Mittelsenkrechte der leuchtenden Fläche mit der den abgetasteten Streifen im wesentli chen schneidenden optischen Achse der Abbildungsein richtung in derselben Winkelbeziehung zueinander stehen wie ein im gleichen Bereich des abgetasteten Streifens reflektierter Lichtstrahl. Die leuchtende Fläche kann in besonders einfacher Weise von einer mattierten Glasfläche gebildet sein, die auf ihrer der Warenbahn abgewandten Seite von flächenhaften Lichtquellen wie Leuchtstofflampen angestrahlt ist.

Zur Vermeidung von Interferenz- bzw. Modulationssig nalen im abgetasteten Bildsignal kann es sich empfeh len, die Lichtquelle mit Gleichstrom oder Hochfrequenz zu speisen.

Um Alterungserscheinungen der Beleuchtungseinrichtung bzw. Einflüsse des Umgebungslichtes zu kompensieren, kann vorteilhafterweise im Bereich des abgetasteten Streifens eine Helligkeitsreferenzfläche angeordnet sein, die zur Regelung der Beleuchtungsstärke der Be leuchtungseinrichtung bzw. der Empfindlichkeit des Bildsensors dient. Dabei kann die Helligkeitsreferenz fläche im Bereich des sich außerhalb der Warenbahn er streckenden Teils des abgetasteten Streifens auf der der Beleuchtungseinrichtung abgewandten Seite der Warenbahn angeordnet sein. Es besteht jedoch ebenso auch die Mög lichkeit, die Helligkeitsreferenzfläche auf der der Be leuchtungseinrichtung zugewandten Seite der Warenbahn an dem der Bandkante abgewandten Ende des abgetasteten Streifens anzuordnen.

Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsge mäßen Vorrichtung in Seitenansicht,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Anordnung,

Fig. 3 eine Ansicht des Gegenstands nach Fig. 2 in Richtung III,

Fig. 4 eine Ansicht des Gegenstands nach Fig. 2 in Richtung IV,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform in der Fig. 2 entsprechender Darstellung, teilweise im Schnitt,

Fig. 6 den Gegenstand nach Fig. 4 in der Fig. 3 ent sprechender Darstellung, teilweise im Schnitt.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zur Erfassung und Regelung der Bahnkantenlage von lau fenden Warenbahnen 1, insbes. von hochtransparenten Folienbahnen. Dazu weist die Vorrichtung einen mit Abstand von der Warenbahn 1 angeordneten, in der Zeich nung nur schematisch dargestellten elektrooptischen Bildsensor 2 mit einer ebenfalls nur schematisch ange deuteten optischen Abbildungseinrichtung 3, die aus einem üblichen Objektiv bestehen kann, auf. Die opti sche Achse 4 der Abbildungseinrichtung 3 schließt mit der durch den Doppelpfeil 5 dargestellten Laufrich tung der Warenbahn 1 einen spitzen bzw. stumpfen Win kel ein. Der elektrooptische Bildsensor 2, der bei spielsweise als Zeilen-Kamera in Form eines CCD-Strei fens ausgebildet sein kann, tastet einen zur Laufrich tung 5 der Warenbahn 1 im wesentlichen senkrechten, sich zu beiden Seiten der Bahnkante 6 erstreckenden und in Fig. 4 strichpunktiert angedeuteten Streifen 7 zeilenartig ab. Dabei muß im Bereich des sich außer halb der Warenbahn 1 erstreckenden Teils 7.1 des ab getasteten Streifens 7 das Reflexionsvermögen gerin ger sein als das der Warenbahn 1.

Weiter umfaßt die Vorrichtung eine flächenhaft ausge dehnte, die Warenbahn 1 bestrahlende Beleuchtungsein richtung 8, deren leuchtende Fläche 8.1 eine im wesent lichen homogene Leuchtdichte aufweist. Im einzelnen ist die Größe und die Anordnung der Beleuchtungseinrichtung 8 so gewählt, daß alle vom abgetasteten Streifen 7 zur optischen Abbildungseinrichtung 2 ausgehenden Licht strahlen nach dem Reflexionsgesetz reflektierte Strah len solcher einfallender Lichtstrahlen sind, die bei im Bereich des Streifens 7 angenommener ebener Waren bahn 1 aus dem Mittelbereich der Beleuchtungseinrich tung 8 stammen, wie sich dies anschaulich aus Fig. 3 ergibt.

Dabei kann die Beleuchtungseinrichtung 8 gemäß den Fig. 5 und 6 von einer halbkugelförmigen Schale 9 ge bildet sein, deren von der kreisförmigen Randlinie 9.1 aufgespannte Ebene im wesentlichen parallel zur Warenbahn 1 verläuft. Dann bildet die von einer im wesentlichen punktförmigen, in der Zeichnung nur an gedeuteten Lichtquelle 10 angestrahlte Innenfläche 9.2 die leuchtende Fläche 8.1, wobei die Schale 9 eine seitlich des Scheitels angeordnete Lichtaustritts öffnung 9.3 für den Bildsensor 2 aufweist.

Die Beleuchtungseinrichtung 8 kann jedoch ebenso eine im wesentlichen ebene leuchtende Fläche 8.1 von kreis förmigem oder quadratischem bzw. rechteckigem Umriß aufweisen, wie sich dies aus den Fig. 1 bis 4 ergibt. Die Beleuchtungseinrichtung 8 ist dabei zweckmäßiger weise so angeordnet, daß die Mittelsenkrechte 8.2 der leuchtenden Fläche mit der den abgetasteten Streifen 7 im wesentlichen schneidenden optischen Achse 4 der Abbildungseinrichtung 3 in derselben Winkelbeziehung zueinander stehen wie ein in diesem Bereich des abge tasteten Streifens 7 reflektierter Lichtstrahl. Im Er gebnis bedeutet dies, daß der Einfallswinkel eines längs der Mittelsenkrechten 8.2 verlaufenden Lichtstrahls in Fig. 2 gleich dem Ausfallswinkel eines längs der opti schen Achse 4 verlaufenden reflektierten Lichtstrahls ist. Die leuchtende Fläche 8.1 kann von einer mattier ten Glasfläche gebildet sein, die auf ihrer der Waren bahn 1 abgewandten Seite von nur angedeuteten flächen haften Lichtquellen 10 wie Leuchtstofflampen ange strahlt ist.

Um Interferenz- bzw. Modulationseffekte in dem Signal des Bildsensors zu vermeiden, empfiehlt es sich, daß die Lichtquellen mit Gleichstrom oder Hochfrequenz ge speist werden, so daß keine oder nur geringe Licht modulationen auftreten. Im Bereich des abgetasteten Streifens 7 ist ferner eine Helligkeitsreferenzfläche 11 angeordnet, die zur Regelung der Beleuchtungsstär ke der Beleuchtungseinrichtung 8 bzw. der Empfind lichkeit des Bildsensors 2 dient. Auf diese Weise kön nen Alterungserscheinungen der Lichtquellen 10 bzw. Einflüsse des Umgebungslichtes ausgeglichen werden. In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 4 ist die Helligkeitsreferenzfläche 11 auf einem Schirm im Bereich des sich außerhalb der Warenbahn 1 erstrecken den Teils 7.1 des abgetasteten Streifens 7 auf der der Beleuchtungseinrichtung 8 abgewandten Seite der Waren bahn 1 angeordnet. Ebenso kann die Helligkeitsreferenz fläche 11 aber auch auf der der Beleuchtungseinrich tung 8 zugekehrten Seite der Warenbahn 1 an dem der Bahnkante 6 abgewandten Ende des abgetasteten Strei fens 7 angeordnet sein, wie dies in Fig. 3 mit 12 ge strichelt angedeutet ist. In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 schließt die Helligkeitsreferenz fläche 11 dagegen unmittelbar an die Innenfläche 9.2 der halbkugelförmigen Schale 9 an.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfassung und Regelung von laufen den Warenbahnen, insbes. von hochtransparenten Folien-Bahnen, gekennzeichnet durch einen mit Ab stand von der Warenbahn (1) angeordneten elektro optischen Bildsensor (2) mit einer optischen Abbil dungseinrichtung (3), deren optische Achse (4) mit der Laufrichtung (5) der Warenbahn (1) einen spitzen bzw. stumpfen Winkel einschließt und der einen zur Laufrichtung (5) der Warenbahn (1) im wesentlichen senkrechten, sich zu beiden Seiten der Bahnkante (6) erstreckenden Streifen (7) zeilenartig abtastet, wobei im Bereich des sich außerhalb der Warenbahn (1) erstreckenden Teils (7.1) des abgetasteten Strei fens (7) das Reflexionsvermögen geringer ist als das der Warenbahn (1), sowie mit einer flächenhaft aus gedehnten, die Warenbahn (1) bestrahlenden Beleuch tungseinrichtung (8), deren leuchtende Fläche (8.1) eine im wesentlichen homogene Leuchtdichte aufweist und deren Größe und Anordnung so gewählt ist, daß alle vom abgetasteten Streifen (7) zur optischen Ab bildungseinrichtung (3) ausgehenden Lichtstrahlen nach dem Reflexionsgesetz reflektierte Strahlen solcher einfallender Lichtstrahlen sind, die bei im Bereich des Streifens (7) angenommener ebener Warenbahn (1) aus dem Mittelbereich der leuchten den Fläche (8.1) der Beleuchtungseinrichtung (8) stammen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Beleuchtungseinrichtung (8) von einer halbkugelförmigen Schale (9) gebildet ist, deren von der kreisförmigen Randlinie (9.1) aufgespannte Ebene im wesentlichen parallel zur Warenbahn (1) verläuft und deren von einer im wesentlichen punkt förmigen Lichtquelle (10) angestrahlte Innenfläche (9.2) die leuchtende Fläche (8.1) bildet, wobei die Schale (9) eine seitlich des Scheitels angeordnete Lichtaustrittsöffnung (9.3) für den Bildsensor (2) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (8) eine im wesent lichen ebene leuchtende Fläche (8.1) von kreisför migem oder quadratischem bzw. rechteckigem Umriß aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelsenkrechte (8.2) der leuchtenden Flä che (8.1) mit der den abgetasteten Streifen (7) im wesentlichen schneidenden optischen Achse (4) der Abbildungseinrichtung in derselben Winkelbeziehung zueinander stehen wie ein im Bereich des abgetaste ten Streifens (7) reflektierter Lichtstrahl.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die leuchtende Fläche (8.1) von einer mattierten Glasfläche gebildet ist, die auf ihrer der Warenbahn abgewandten Seite von flächenhaften Lichtquellen (10) wie Leuchtstofflampen angestrahlt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichtquellen (10) mit Gleichstrom oder Hochfrequenz gespeist werden.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des abgetasteten Streifens (7) eine Helligkeitsreferenzfläche (11) angeordnet ist, die zur Regelung der Beleuchtungs stärke der Beleuchtungseinrichtung (8) bzw. der Empfindlichkeit des Bildsensors (2) dient.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeitsreferenzfläche (11) im Bereich des sich außerhalb der Warenbahn (1) erstreckenden Teils (7.1) des abgetasteten Streifens (7) auf der der Beleuchtungseinrichtung (8) abgewandten Seite der Warenbahn (1) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeitsreferenzfläche (11) auf der der Beleuchtungseinrichtung (8) zugewandten Seite der Warenbahn (1) an dem der Bahnkante (6) abgewandten Ende des abgetasteten Streifens (7) angeordnet ist.