DE3915857A1 - Vorrichtung zum zaehlen von produkten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zählen von einen Produktstrom bildenden Produkten, insbesondere von in Form eines Schuppenstroms transportierten Falz­ produkten, mit einem Strahler und einem hiermit zusam­ menwirkenden Empfänger, der die Reflexion des vom Strahler auf die Produktoberfläche geworfenen Strahls empfängt und mit einem Zähler verbunden ist.

Bei einem in der Praxis verwendeten Schuppenstromzäh­ ler dieser Art sind der als Helium-Neon-Röhre ausge­ bildete Strahler und der diesem zugeordnete Empfänger so angeordnet, daß der von der Helium-Neon-Röhre auf die Schuppenstromoberfläche geschickte Laserstrahl nur solange voll reflektiert wird, d.h. daß der Empfänger nur solange voll belichtet wird, solange der Laserstrahl nicht auf den Bereich der jeweils eine Stufe bildenden Produktstirnseiten auftrifft. So oft der Stahl auf eine Produktstirnseite auftrifft, ergibt sich eine Unterbre­ chung der Belichtung des Empfängers. Diese Unterbrechun­ gen werden bei der bekannten Anordnung zur Ermittlung der Produktanzahl verwendet.

Nachteilig hierbei ist, daß diese bekannte Anordnung infolge der ihr zugrundeliegenden Intensitätsmessung nur dann funktioniert, wenn eine helle, reflektieren­ de Schuppenstromoberfläche vorliegt. Sofern die Produk­ te eine dunkle, flächenhaft bedruckte Oberfläche auf­ weisen, kommt es hierbei zwangsläufig zu Zählfehlern. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die be­ kannte Anordnung infolge der ihr zugrundeliegenden In­ tensitätsmessung auch äußerst fremdlichtempfindlich ist. Auch dies kann daher zu Zählfehlern führen. Hinzu kommt, daß sich infolge der zugrundeliegenden Intensitätsmes­ sung auch eine sehr große Verschmutzungsempfindlichkeit ergibt.

Ein weiterer, ganz besonderer Nachteil der bekannten An­ ordnung ist darin zu sehen, daß sich die erforderliche Unterbrechung des Reflexionsstrahls in der Regel nur bei einer bestimmten Laufrichtung des Schuppenstroms ergibt. Der den Strahler und Empfänger enthaltende Auf­ nahmekopf kann daher nur im Bereich einer ganz bestimm­ ten Seite des Schuppenstroms angeordnet sein, was die konstruktive Freizügigkeit äußerst beschränkt. Dieser Nachteil wird dadurch noch verstärkt, daß die hier vor­ gesehene Helium-Neon-Röhre zu einem sehr großen Bauvolu­ men führt, das in der Regel nur oberhalb des Schuppen­ stroms untergebracht werden kann. Außerdem erweist sich die Helium-Neon-Röhre als sehr erschütterungsempfindlich, was ihre Lebensdauer sehr begrenzt. Ein weiterer Nach­ teil ist darin zu sehen, daß die Helium-Neon-Röhre eine Hochspannungsversorgung benötigt, was nicht nur einen hohen Aufwand erforderlich macht, sondern auch ein ho­ hes Gefahrenmoment darstellt, welches erhöhte Sicher­ heitsvorkehrungen erfordert. Auch hierdurch kann es zu Zählfehlern kommen, da vielfach aus Sicherheitsgründen bereits Schwankungen im Versorgungsnetz zu einem Abschal­ ten der Helium-Neon-Röhre führen.

Die bekannte Anordnung erweist sich demnach als nicht sicher und zuverlässig genug und ist in ihrer Verwend­ barkeit sehr beschränkt.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung, mit einfachen und kostengünstigen Mit­ teln eine Vorrichtung eingangs erwähnter Art zu schaf­ fen, die unabhängig von der Beschaffenheit der Pro­ duktoberfläche und unabhängig von ihrer Anordnung eine hohe Zählgenauigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise da­ durch gelöst, daß der Strahler und der Empfänger in Form einer Abstandsmeßeinrichtung zusammenwirken und daß der Zähler in Abhängigkeit von sprunghaften, von der Ab­ standsmeßeinrichtung feststellbaren Abstandsänderungen ansteuerbar ist.

Mit diesen Maßnahmen werden die eingangs geschilderten Nachteile vollständig vermieden. Der mit der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist demnach bereits in der Vermeidung der Nachteile der bekannten Anordnung zu sehen.

Die erfindungsgemäße Anordnung basiert in vorteilhafter Weise auf einer Abstandsmessung, wobei eine sprunghafte Abstandsänderung, wie sie sich beispielsweise im Bereich der Stirnseiten der Produkte eines Schuppenstroms er­ gibt, gezählt werden kann. Infolge dessen ist die er­ findungsgemäße Anordnung unabhängig von der Lichtinten­ sität und damit unabhängig von der Oberflächenbeschaf­ fenheit der Produkte. Ebenso ist die erfindungsgemäße Anordnung unempfindlich gegen Fremdlicht. Dasselbe gilt auch für eine Verschmutzung. Die erfindungsgemäßen Maß­ nahmen gestatten daher die Einhaltung äußerst langer Wartungsintervalle. Da es hierbei nicht auf eine Unter­ brechung eines Lichtstrahls, sondern nur auf eine Ab­ standsänderung ankommt, kann die erfindungsgemäße An­ ordnung in vorteilhafter Weise auch im Bereich jeder Seite eines Schuppenstroms etc. angeordnet sein. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen führen daher in vorteilhaf­ ter Weise auch dann zu guten Ergebnissen, wenn aus bau­ lichen Gründen nicht die Oberseite des Produktstroms, sondern dessen Unterseite, abgetastet wird. Wenngleich die Erfindung nicht auf die Abtastung eines Schuppen­ stroms beschränkt ist, so lassen sich die erfindungs­ gemäßen Maßnahmen doch in Verbindung mit einem Schuppen­ strom, insbesondere mit einem durch Falzprodukte gebil­ deten Schuppenstrom, mit besonderem Vorteil anwenden.

In vorteilhafter Weiterbildung der übergeordneten Maßnah­ men können die vorzugsweise optischen Achsen des vorzugs­ weise als Laserquelle ausgebildeten Strahlers senkrecht und des vorzugsweise ein durch fotoelektrische Elemente gebildetes Flächenraster aufweisenden Empfängers schräg zur Transportebene des Produktstroms angeordnet sein. Diese Maßnahmen führen in vorteilhafter Weise zu einer Anwendung des sogenannten Triangulationsverfahrens zur Abstandsmessung. Dieses Verfahren ergibt eine hohe Meß­ genauigkeit und damit Zählgenauigkeit. Gleichzeitig ge­ währleistet dieses Verfahren eine hohe Unabhängigkeit von Störgrößen wie Farbmenge, Luftfeuchtigkeit etc..

In weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann der Strahler als Halbleiterlaserdiode, vorzugsweise als Gallium-Arsenit-Diode, ausgebildet sein. Diese Maßnahmen führen zu einer sehr kompakten Bauweise sowie zu einem sehr stoß- und schockunempfindlichen Bauteil. Es erge­ ben sich daher nicht nur eine geringe Baugröße, sondern auch eine hohe Lebensdauer. Gleichzeitig ermöglichen die­ se Maßnahmen die Verwendung von Niederspannung, was sich nicht nur vorteilhaft auf den erforderlichen Aufwand, sondern auch auf die erzielbare Sicherheit und Störungs­ freiheit auswirkt. Außerdem benötigt die erfindungsgemä­ ße Halbleiterlaserdiode keine Vorheizung, was eine schnel­ le Einsatzbereitschaft ergibt. Zudem ergeben sich bei Verwendung einer Halbleiterlaserdiode auch keinerlei Ent­ sorgungsprobleme. Zweckmäßig kann der Strahler eine Puls­ frequenz von etwa 10 kHz, vorzugsweise genau 10 kHz, auf­ weisen. Diese Maßnahme gewährleistet eine besonders hohe Unempfindlichkeit gegen Fremdlicht. In weiterer Fortbil­ plattenförmige, ein Flächenraster aufweisende Empfänger als einachsiges PSD-Element ausgebildet sein, mittels dessen die Position eines aufprojizierten Lichtflecks erfaßbar ist.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, daß der Empfänger mit seinem Meßwertausgang am Eingang eines Differenzierglieds liegt. Diese Maßnahme erleich­ tert die Erkennung sprunghafter Abstandsänderungen und gewährleistet damit eine besonders hohe Meßgenauigkeit.

In weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann mittels des Empfängers gleichzeitig ein eine Ab­ standsanzeige aufweisendes Display ansteuerbar sein. Diese Maßnahme führt in vorteilhafter Weise zu einer ausgezeichneten Montagehilfe bezüglich eines den Strah­ ler und Empfänger enthaltenden Meßkopfes.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines zum Zählen von Falzprodukten vorgesehenen Meßkopfes und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der dem Meßkopf nach­ geordneten Signalverarbeitungseinrichtung.

In Fig. 1 wird ein durch einander überlappende Falzpro­ dukte 1 gebildeter Schuppenstrom auf einem Auslegeband 2 transportiert, das von einem hier nicht näher dargestell­ ten Schaufelrad eines Falzapparats wegführt. Die Anzahl der Falzprodukte 1 soll gezählt werden. Die hierzu vor­ gesehene Zähleinrichtung enthält einen hier die Trans­ portebene des Auslegebands 2 übergreifenden Meßkopf 3, mittels dessen sein lichter Abstand von der Oberseiten­ kontur des Schuppenstroms gemessen werden kann. Aufgrund der gegenseitigen Überlappung der Falzprodukte 1 ergibt sich im Bereich einer Stirnseite, hier jeweils im Bereich der in Transportrichtung vorauslaufenden Stirnseite, der Falzprodukte 1, eine Stufe 4, die bei der Abstandsmessung als sprunghafte Abstandsänderung in Erscheinung tritt. Die Anzahl dieser sprunghaften Abstandänderungen ent­ spricht praktisch der Anzahl der Falzprodukte 1 und wird daher zur Ansteuerung eines Zählers verwendet.

Der Meßkopf 3 arbeitet im dargestellten Ausführungsbei­ spiel nach dem Triangulationsverfahren. Hierzu ist der Meßkopf 3 mit einem Strahler 5 und einem diesem zugeord­ neten Empfänger 6 versehen. Der Strahler 5 wirft einen lotrechten Strahl 7 auf die hier dem Strahler 5 zuge­ wandte Oberseite des Schuppenstroms, von dem ein Refle­ xionsstrahl 8 abgeht. Da die Falzprodukte 1 einander teilweise überlappen, ergibt sich ein schräger Verlauf ihrer Oberseitenkontur. Der Reflexionsstrahl 8 ist dem­ entsprechend gegenüber dem lotrechten Strahl 7 geneigt. Dementsprechend sind der Strahler 5 und der Empfänger 6 so angeordnet, daß ihre Achsen bezüglich der Transport­ ebene des Auslegebands 2 lotrecht bzw. schräg geneigt sind.

Zur Bildung des Strahlers 5 ist eine Gallium-Arsenit- Diode vorgesehen. Hierbei handelt es sich um eine kompak­ te, unempfindliche Halbleiterlaserquelle, die mit Nieder­ spannung in der Größenordnung von 15 V betreibbar ist. Die Wellenlänge des hiermit erzeugbaren Laserstrahls beträgt 780 nm. Die Leistung liegt bei 4 mW. Die Pulsfrequenz be­ trägt 15 kHz. Der Empfänger 6 wird durch ein einachsiges PSD-Element (Position Sensing Detector) gebildet. Hier­ bei kann es sich um ein etwa plattenförmiges Bauteil han­ deln, das eine durch in Form von Reihen und Spalten an­ geordnete, fotoelektrische Elemente gebildete Raster­ einteilung aufweist. Nur das von Reflexionsstrahl 8 je­ weils getroffene, fotoelektrische Element ist dabei ak­ tiviert. Dem Strahler 5 ist eine durch eine Sammellinse 9 angedeutete Optik nachgeordnet. Dem Empfänger 6 ist eine durch eine Sammellinse 10 angedeutete Optik vorge­ ordnet.

Die Auftreffstelle 11 des Reflexionsstrahls 8 auf dem Empfänger 6 verschiebt sich, wie in Fig. 1 mit ge­ strichelten Strahlenläufen angedeutet ist, in Abhängig­ keit vom Abstand der Auftreffstelle 12 des Strahls 7 auf der Schuppenstromoberseite vom Strahler 5 bzw. der diesem nachgeordneten Optik. Sofern die Auftreffstelle 12 um den Betrag a hier nach oben wandert, verschiebt sich die Auftreffstelle 11 um den Betrag b hier nach rechts. Diese Verschiebung erfolgt sprunghaft, sobald eine Stufe 4 in den Wirkbereich des Spalts 7 gelangt.

Die Anzahl der sprunghaften Positionsänderungen des Auftreffpunkts 11 entspricht dementsprechend der An­ zahl der Stufen 4 und daher auch der Anzahl der die Stufen 4 bildenden Produkte.

Zum Zählen der Produkte wird der am Ausgang des Empfän­ gers 6 anfallende Signalverlauf in der aus Fig. 2 er­ sichtlichen Weise aufbereitet. Am Ausgang des Empfängers 6 ergibt sich ein von der geschuppten Oberfläche des Schuppenstroms praktisch abgeleiteter, sägezahnartiger Signalverlauf 13. Dieser Signalverlauf wird differen­ ziert. Hierzu ist dem Empfänger 6 ein Differenzierglied 14 nachgeordnet. Am Ausgang des Differenzierglieds 14 ergibt sich ein Signalverlauf 15 mit den sprunghaften Änderungen des Sägezahnprofils entsprechenden Spitzen 16, deren Amplitude praktisch von der Höhe der Stufen 4 abhängig ist. Um Unsicherheiten auszuschalten, ist dem Differenzierglied 14 ein Komparator 17 nachgeordnet, der nur Spitzen 16 ab einer bestimmten Amplitude durchläßt, und die darunterliegenden Spitzen, die nicht von einer Stufe 4 stammen, unterdrückt, wie anhand des am Ausgang des Komparators 17 anliegenden Signalverlaufs 18 er­ kennbar ist. Der Schwellenwert des Komparators 17, d.h. die minimale Amplitude der durchgelassenen Spitzen 16, ist in Abhängigkeit von der Art der verarbeiteten Falz­ produkte 1, also hier in Abhängigkeit von der Höhe der Stufen 4, einstellbar, wie in Fig. 2 durch einen Ein­ stellknopf 19 angedeutet ist. Dem Komparator 17 ist hier ein Zeitglied 20 nachgeordnet, das die Spitzen 16 so dehnt, daß sich ein portalartiger Signalverlauf 21 ergibt, der in einem Zähler 22 verarbeitbar ist. Der Aufbau und die Wirkungsweise des durch den Ausgang des Empfängers 6 angesteuerten Zählers und der zur Signalaufbereitung vorgesehenen Bausteine ist an sich bekannt und bedarf daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr. Der Zähler 22 kann, wie Fig. 1 zeigt, außerhalb des Meßkopfes 3 angeordnet und durch eine Signalleitung hiermit verbunden sein. Die anderen Bausteine 14, 17, 20 können wie die Strah­ ler 5 und Empfänger 6 im Meßkopf 3 aufgenommen sein.

Durch den Empfänger 6 ist im dargestellten Ausführungs­ beispiel auch ein Display 23 ansteuerbar, mittels dessen der Abstand des Auftreffpunkts 12 von der Mitte des vor­ handenen Meßbereichs anzeigbar ist. Dies erleichtert die Montage des Meßkopfes 3, der hier in der Höhe einstell­ bar ist, wie in Fig. 1 durch eine in ein Langloch ein­ greifende Halteschaube 24 angedeutet ist. Wenn der Meß­ kopf 3 zutreffend auf die Mitte des Meßbereichs einge­ stellt ist, erscheint auf dem Display 23 der Wert 0. Dies erleichtert die richtige Einstellung des Meßkopfes 3. So­ fern der Meßkopf 3 so verschmutzt ist, daß der bei stö­ rungsfreiem Betrieb laufend aktivierte Empänger 6 nicht mehr aktiviert wird, wird ein Alarmsignal ausgelöst. Hierzu ist der Empänger 6 mit einem weiteren Ausgang 25 versehen.

Vorstehend wurde zwar ein besonders bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, ohne daß damit jedoch eine Beschränkung verbunden sein soll. Viel­ mehr stehen dem Fachmann eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung, um den allgemeinen Gedanken der Erfindung an die Verhältnisse des Einzelfalls anzupassen. Dasselbe gilt für die Verwendbarkeit der Erfindung, die anhand einer Vorrichtung zum Zählen von Falzprodukten beschrie­ ben ist, aber hierauf nicht beschränkt sein soll.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Zählen von einen Produktstrom bil­ denden Produkten, insbesondere von in Form eines Schuppenstroms transportierten Falzprodukten (1), mit einem Strahler (5) und einem hiermit zusammenwirken­ den Empfänger (6), der die Reflexion des vom Strahler (5) auf die Produktoberfläche geworfenen Strahls (7) empfängt und mit einem Zähler (22) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (5) und der Empfänger (6) in Form einer Abstandsmeßeinrichtung zusammenwirken und daß der Zähler (22) in Abhängig­ keit von sprunghaften, von der Abstandsmeßeinrich­ tung feststellbaren Abstandsänderungen ansteuerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise optischen Achsen des vorzugs­ weise als Laserquelle ausgebildeten Strahlers (5) senkrecht und des vorzugsweise ein durch fotoelektri­ sche Elemente gebildetes Flächenraster aufweisenden Empfängers (6) schräg zur Transportebene des Pro­ duktstroms angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (5) als Halbleiterlaserdiode, vorzugsweise als Gallium-Arsenit- Diode, ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (5) eine Pulsfrequenz von etwa 10 kHz, vorzugsweise 10 kHz aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise platten­ förmige Empfänger (6) als einachsiges PSD-Element (Position Sensing Detector) ausgebildet ist, mittels dessen die Position eines aufprojizierten Lichtflecks erfaßbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Empfänger (6) eine vorzugsweise mit wenigstens einer Sammellinse (10) versehene Optik vorgeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strahler (5) eine vorzugsweise mit wenigstens einer Sammellinse (9) versehene Optik nachgeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (6) mit seinem Meßwertausgang am Eingang eines nachgeordneten Differenzierglieds (14) liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzierglied (14) ein Komparator (17) nachgeordnet ist, dessen Referenz einstellbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zähler (22) ein vor­ zugsweise dem Komparator (17) nachgeordnetes Zeit­ glied (20) vorgeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen den Strahler (5) und Emp­ fänger (6) enthaltenden Meßkopf (3), dessen Position gegenüber der Transportebene des Produktstroms ver­ änderbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Empfängers (6) ein Display (3) mit einer Abstandsanzeige ansteu­ erbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Empfängers (6) ein Alarmausgang (25) ansteuerbar ist.