DE3637874C2

DE3637874C2 -

Info

Publication number: DE3637874C2
Application number: DE19863637874
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Seibold (Fh), 8901 Stadtbergen, De; Christian Muehlenbein; Klaus Dipl.-Ing. Scharm; Rudolf 8900 Augsburg De 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: 1989-12-14
Also published as: DE3637874A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung und Regelung der Bahnkantenlage von laufenden Warenbahnen, insbes. von hochtransparenten Folienbahnen, mit einem mit Abstand von der Warenbahn angeordneten elektrooptischen Bildsensor sowie einer optischen Abbildungseinrichtung, wobei der Bildsensor einen zur Laufrichtung der Warenbahn im wesentlichen senkrechten, sich zu beiden Seiten der Bahnkante erstreckenden Streifen zeilenartig abtastet und das Reflexionsvermögen im Bereich des sich außerhalb der Warenbahn erstreckenden Teils des abgetasteten Streifens geringer ist als das der Warenbahn, sowie mit einer die Warenbahn bestrahlenden, auf der gleichen Seite der Warenbahn wie der Bildsensor angeordneten Beleuchtungseinrichtung.

Aus der DE-OS 22 00 324 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, die zum Feststellen der Breite einer bewegten Materialbahn dient. Bei dieser Vorrichtung werden die beiden Ränder der bewegten Materialbahn beleuchtet und die von dem Randbereich erhaltene Lichtinformation auf lichtempfindliche Elemente geleitet, die eine Seitenbewegung oder Breitenänderung der Bahn erkennen.

Voraussetzung für die angestrebte Wirkungsweise ist jedoch, daß im Falle einer lichtdurchlässigen Plastikfolie diese niemals völlig transparent sein darf, sondern stets eine gewisse Trübung aufweisen muß, um eine ausreichende Lichtstreuung zu verursachen. Damit ist diese Vorrichtung nicht geeignet, die Breite oder die Bahnkantenlage von insbesondere hochtransparenten Folienbahnen zu erfassen oder zu regeln, da diese keinerlei Lichtstreuung verursachen.

Bei der aus der DE-PS 27 30 733 bekannten Vorrichtung ist ein mit Sende- und Empfangsdüsen für Preßluft ausgestatteter Bahnkantenfühler zur Steuerung eines Membranantriebs vorgesehen, der einen die Lage der Warenbahn beeinflussenden Drehrahmen betätigt. Hierbei läuft die Warenbahn zwischen der Sende- und der Empfangsdüse, die sich axial gegenüberstehen und bei Sollage der Warenbahn von dieser etwa halb abgedeckt sind. Bei dieser Vorrichtung haben die optischen Eigenschaften der Warenbahn keinen Einfluß auf die Regeleigenschaften, jedoch ist die Warenbahn an ihrer Kante dauernd einer Luftströmung ausgesetzt, was insbesondere bei sehr dünnen Warenbahnen dazu führen kann, daß die Kante sich einrollt oder die Warenbahn sogar aus dem Bahnkantenfühler herausgeblasen wird. Weiter können die Düsen durch Staubpartikel leicht verstopft, so daß laufende Reinigungs- und Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen.

Aus der DE-OS 31 12 812 ist es bekannt, mit dem aus zwei Lichtquellen austretenden Licht ein Plättchen zu beleuchten, auf dessen anderer Seite das Licht sekundär diffus orientiert austritt, wodurch sich eine flächenhaft ausgedehnte Beleuchtungseinrichtung von im wesentlichen homogener Leuchtdichte ergibt. Die eigentliche Positionsbestimmung erfolgt jedoch in der Art einer konventionellen Lichtschranke, mit der die Position eines Fadens in einem Meßspalt überwacht wird. Dieses Meßprinzip ist jedoch für hochtransparente Folien ungeeignet.

Die DE-OS 31 14 055 beschreibt ein fotoelektrisches Verfahren zur Messung des Durchmessers von fadenförmigen Materialien, wofür ebenfalls eine konventionelle Lichtschranke zur Anwendung kommt, wobei die Meßlichtquelle von Impulsen aus einem Frequenznormal angesteuert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei hochstransparenten Warenbahnen eine genaue, auch hinsichtlich ihrer tatsächlichen Position erfaßbare Bestimmung der Bahnkantenlage möglich ist, ohne daß dazu die Warenbahn im Bereich der Bahnkante durch von Bahnkantenfühlern verursachten Kräften ausgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die optische Achse der Abbildungseinrichtung mit der Laufrichtung der Warenbahn einen spitzen bzw. stumpfen Winkel einschließt und die Beleuchtungseinrichtung flächenhaft ausgedehnt ist, und daß die leuchtende Fläche der eine im wesentlichen homogene Leuchtdichte aufweisenden Beleuchtungseinrichtung nach Größe und Anordnung so gewählt ist, daß fiktiv in umgekehrter Strahlrichtung gesehen ein von jedem beliebigen Punkt auf dem Bildsensor ausgehender und durch die optische Ausbildungseinrichtung auf die Oberfläche der Warenbahn auftreffender Lichtstrahl nach seiner Reflexion an der Oberfläche immer innerhalb der leuchtenden Fläche der Beleuchtungseinrichtung auftrifft.

Der durch die Erfindung erreichte Fortschritt besteht im wesentlichen darin, daß es durch die flächenhaft ausgedehnte Beleuchtungseinrichtung für jeden Punkt des gesamten abgetasteten Streifens der Warenbahn stets einen Lichtstrahl gibt, der von der leuchtenden Fläche der Beleuchtungseinrichtung ausgeht und für den die Reflexionsbedingung erfüllt ist, so daß er anschließend auf den Bildsensor auftrifft. Im Ergebnis bedeutet dies, daß der Bildsensor im Bereich der Warenbahn bis zur Bahnkante stets ein auf Grund der Reflexion hohes Lichtsignal, im an die Bahnkante anschließenden Bereich außerhalb der Warenbahn dagegen ein geringes Lichtsignal empfängt. Aus diesem von dem Bildsensor registrierten Helligkeitssprung läßt sich in einer nachgeschalteten Auswertungseinrichtung die Lage der Bahnkante auch hinsichtlich ihres absoluten Wertes ermitteln. Aufgrund der flächenhaft ausgedehnten Beleuchtungseinrichtung ist die genannte Reflexionsbedingung unter allen in der Praxis möglichen Bahnzuständen erfüllt, also beispielsweise auch dann, wenn die Warenbahn im Bereich des abgetasteten Streifens nicht eben verläuft 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 der Bahnkantenlage von laufenden Warenbahnen, insbes. von hochtransparenten Folienbahnen, mit einem mit Abstand von der Warenbahn (1) angeordneten elektrooptischen Bildsensor (2) sowie einer optischen Abbildungseinrichtung (3), wobei der Bildsensor (2) einen zur Laufrichtung (5) der Warenbahn (1) im wesentlichen senkrechten, sich zu beiden Seiten der Bahnkanten (6) erstreckenden Streifen (7) zeilenartig abtastet und das Reflexionsvermögen im Bereich des sich außerhalb der Warenbahn (1) erstreckenden Teils (7.1) des abgetasteten Streifens (7) geringer ist als das der Warenbahn (1), sowie mit einer die Warenbahn (1) bestrahlenden, auf der gleichen Seite der Warenbahn (1) wie der Bildsensor (2) angeordneten Beleuchtungseinrichtung (8), dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (4) der Abbildungseinrichtung (3) mit der Laufrichtung (5) der Warenbahn (1) eine spitzen bzw. stumpfen Winkel einschließt und die Beleuchtungseinrichtung (8) flächenhaft ausgedehnt ist, und daß die leuchtende Fläche der eine im wesentlichen homogene Leuchtdichte aufweisenden Beleuchtungseinrichtung (8) nach Größe und Anordnung so gewählt ist, daß fiktiv in umgekehrter Strahlrichtung gesehen ein von jedem beliebigen Punkt auf dem Bildsensor (2) ausgehender und durch die optische Abbildungseinrichtung (3) auf die Oberfläche der Warenbahn (1) auftreffender Lichtstrahl nach seiner Reflexion an der Oberfläche immer innerhalb der leuchtenden Fläche (8.1) der Beleuchtungseinrichtung (8) auftrifft.

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.