DE3934852C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Derartige Einrichtungen dienen beispielsweise dazu, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Leimnaht auf einer Kartonage, einer aus Vliesmaterialien und dünnen Kunststoffolien aufgebauten Windel oder ähnlichen Artikeln in einer Fertigungsstraße festzustellen. Die Fertigungs­ geschwindigkeit ist in solchen Anlagen erheblich, so daß eine Überwachung durch bloßen Augenschein nicht mehr mög­ lich ist. Andererseits kann das Vorhandensein einer Leimnaht bzw. ihr präziser Beginn und ihr Ende sowohl für das Auf­ richten einer Kartonage als auch für die spätere Funktion der in Rede stehenden Produkte von erheblicher Bedeutung sein.

Die Erfindung ist nicht auf das Auftragen von Leim­ nähten oder Leimspuren beschränkt. Sie ist sowohl auf andere flüssige oder pastenförmige Medien wie Leim gerichtet als auch auf Aufträge in anderer geometrischer Konfiguration, z. B. flächige Aufträge. Als "Substrat" kommen flächige Zuschnitte und fortlaufende Bahnen, aber auch die flachen Oberseiten von dreidimensionalen Körpern wie aufgerichtete Kartons u.dgl. in Betracht, sofern sie im wesentlichen in einer Ebene liegen. Im allgemeinen wird in der Praxis die Sonde feststehend angeordnet und das Substrat bewegt sein, doch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt.

Zur Überwachung von Aufträgen der in Rede stehenden Art sind kapazitive Sensoren bekannt, bei denen die beiden eine Kapazität bildenden Leiter in der Nähe des Auftrags angeordnet sind und mit einer hochfrequenten Wechselspan­ nung beaufschlagt werden. Der so gebildete Kondensator ist Bestandteil eines Hochfrequenzschwingkreises. Das Auf­ tragsmedium, welches eine andere Dielektrizitätskonstante als die Umgebung hat, wird an dem Sensor berührungslos vorbeigeführt. Durch die Änderung der dielektrischen Ver­ hältnisse ändert sich die Kapazität des durch den Sensor gebildeten Kondensators, wie wenn ein Dielektrikum zwischen die Platten eines Kondensators eingeführt oder zwischen den Platten herausgezogen wird. Durch die Kapazitätsän­ derung ändert sich auch die Frequenz des damit gebildeten Schwingkreises. Diese Änderung kann meßtechnisch mit geeig­ neten Mitteln erfaßt werden.

Eine Einrichtung dieser Art, die auch dem Oberbegriff zugrundeliegt, geht aus der DE-OS 23 62 835 hervor, die eine Vorrichtung zur Kontrolle des Klebstoffauftrags an den Umschlagklappen von Briefumschlägen zum Gegenstand hat.

Die bekannten Überwachungseinrichtungen dieser Art sind jedoch allenfalls in der Lage, das Vorhandensein oder Nicht­ vorhandensein eines Mediums anderer Dielektrizitätskon­ stante festzustellen. Es können jedoch nicht verschiedene Medien mit verschiedener Dielektrizitätskonstante bzw. verschiedene Änderungen der dielektrischen Verhältnisse unterschieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lei­ stungsfähigkeit einer kapazitiven Überwachungseinrichtung der geschilderten Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wieder­ gegebene Erfindung gelöst.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß bei einer solchen Ausbildung des Sensors und des Hochfrequenzschwing­ kreises die Ansprechempfindlichkeit wesentlich erhöht und in einem gewissen Grade sogar eine Messung der durch das Vorbeiführen einer Substanz mit abweichender Dielektri­ zitätskonstante eintretenden Kapazitätsänderung des of­ fenen Schwingkreises möglich ist. Bei dem Ausführungsbei­ spiel des Leimauftrags auf Kartonagen kann die erfindungs­ gemäße Einrichtung zunächst den Rand einer auf einer För­ derbahn vorbeigeführten Kartonage erfassen und sodann das Vorhandensein einer Leimspur. Es kann also beispielsweise festgestellt werden, ob die Leimspur in einem vorgeschrie­ benen Abstand von der vorderen oder hinteren Kante eines Kartonagenzuschnitts einsetzt bzw. aufhört. Es ist aber auch möglich, die richtige Menge des Leims in einer Leim­ spur, d. h. den Querschnitt der aufgetragenen Leimspur zu überwachen. Nimmt dieser Querschnitt auf der Längener­ streckung der Leimnaht in unerwünschter Weise ab, bei­ spielsweise weil in dem Leimsystem ein Druckabfall auf­ tritt oder die Leimdüse verstopft ist, kann auch das durch die erfindungsgemäße Einrichtung festgestellt werden.

Die Erkennung des Vorhandenseins einer Leimschicht auf einem Substrat bzw. des Substrats selbst erfolgt über die Unterschiede der Dielektrizitätskonstanten der Mate­ rialien in der Nähe der Sonde (Luft, Substrat, Substrat mit Leimspur). Die Sonde gehört zu der offenen Viertelwel­ lenlängenleitung, deren offenes Ende dem Substrat gegen­ übersteht und die das frequenzbestimmende Element eines Hochfrequenzschwingkreises ist, der durch die unterschied­ liche kapazitive Belastung am Leitungsende infolge Ände­ rungen der Dielektrizitätskonstanten gegenüber seiner Re­ sonanzfrequenz mehr oder weniger verstimmt wird.

Die Viertelwellenlängenleitung an sich ist in dem Buch von Dieter Nührmann "Werkbuch Elektronik", 4. Auflage (1984), Franzis-Verlag GmbH, München, S. 1166-1174, insbes. S. 1173, abstrakt erläutert.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Re­ sonanzfrequenz des Hochfrequenzschwingkreises sehr hoch, d. h. im VHF-Bereich (Anspruch 2), beispielsweise liegt sie bei mehr als 100 MHz (Anspruch 3).

Wegen der hohen Frequenz ist die mögliche Arbeits­ geschwindigkeit sehr hoch. Bei Vorschubgeschwindigkeiten von etwa 600 m/min lassen sich der Anfang bzw. das Ende einer Leimnaht oder einer Querschnittsänderung derselben mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 1 mm über­ wachen.

Um die Signale des Sensors besser verarbeiten zu kön­ nen, können die Ausgangsfrequenz des Hochfrequenzschwing­ kreises und eine feste Referenzfrequenz gleicher Größen­ ordnung derart heruntergemischt werden, daß eine gemeinsame Ausgangsfrequenz im Bereich von 0 bis 20 kHz entsteht.

Die Erfindung wird schon verwirklicht, wenn der Sensor nur eine in der beschriebenen Weise betriebene Sonde um­ faßt.

Bei dieser dem Grundgedanken der Erfindung entspre­ chenden Ausführungsform ist jedoch die Genauigkeit der Auswertung (es soll ja das aufgetragene Leimvolumen nicht nur in seinem Vorhandensein festgestellt, sondern auch noch in seiner Menge bestimmt werden) durch das Flattern des Substrats (Kartonzuschnitts) bei hohen Transportge­ schwindigkeiten beeinträchtigt. Wenn bei einem Platten­ kondensator ein plattenförmiges Dielektrikum den Raum zwi­ schen den Kondensatorplatten nicht völlig ausfüllt und in verschiedene Abstände von den Kondensatorplatten ge­ bracht wird, bewirkt dies eine Änderung der Kapazität des Plattenkondensators. Bei der Erfindung in ihrer einfach­ sten Ausführungsform bewirkt das Flattern, welches einer Verlagerung des Dielektrikums senkrecht zu Kondensator­ platten gleichzusetzen ist, eine Änderung der kapazitiven Belastung am Leitungsende und damit ebenso wie die Leim­ schicht eine Frequenzänderung des Hochfrequenzschwing­ kreises. Dadurch entsteht bei Substraten, die zum Flattern neigen, ein grundsätzlicher Fehler.

Eine wichtige Weiterentwicklung der Erfindung unter diesem Aspekt ist Gegenstand des Anspruchs 5, wobei die Auswertung der Signale der beiden Sonden des Doppelsensors in der in Anspruch 6 wiedergegebenen Weise erfolgen kann.

Die Sonden des Doppelsensors sind dicht hintereinander angeordnet. Läuft beispielsweise eine Leimnaht unter die erste Sonde ein, so ergibt sich hier eine Kapazitätsän­ derung. Kurz danach gelangt die Leimnaht auch unter die zweite Sonde, die dann ebenfalls diese Kapazitätsänderung erfährt. Da aber die von den beiden Sonden herrührenden Ausgangssignale bei gleicher Kapazitätsänderung entgegen­ gesetzt gerichtet sind, heben sich die Ausgangssignale bei gleichen dielektrischen Verhältnissen an beiden Sonden auf. Nur in der Übergangsphase, in der eine Sonde ganz oder teilweise sich über einer Leimnaht befindet, die an­ dere Sonde aber nicht, ergeben sich ungleiche Ausgangs­ signale und somit ein Summensignal, welches von dem Normal­ signal bei gleichen dielektrischen Verhältnissen von bei­ den Sonden abweicht und eine Zacke bildet, deren Erstreckung über der Zeitachse durch die Zeit gegeben ist, die die beiden Sonden ungleichen Verhältnissen ausgesetzt sind.

Wenn die Leimnaht auf dem Substrat aber flattert, d. h. sich senkrecht zu den Sonden verlagert, so führt dies an der einen Sonde zu einer Kapazitätsänderung in der einen Richtung, an der anderen Sonde zu einer Kapazitätsänderung in der anderen Richtung. In der Summe hebt sich dies auf, so daß das Flattern im Ausgangssignal nicht erscheint. Vorausgesetzt ist, daß die Flatterwirkung bei beiden Son­ den etwa die gleiche ist, was aber wegen ihres kurzen Ab­ standes in Bewegungsrichtung des Substrats meist gegeben ist.

Die Resonanzfrequenzen der beiden Hochfrequenzschwing­ kreise liegen vorteilhaft einige Prozent auseinander (An­ spruch 7).

Die Sonde umfaßt in einer praktischen Ausführungsform einen eine flache, mit Abstand über dem Substrat angeord­ nete Unterseite aufweisenden Leiter, der an einen Oszilla­ tor angeschlossen ist. Der Leiter kann durch ein Metall­ plättchen (Anspruch 9) oder durch eine Leiterplatine (An­ spruch 10) gebildet sein, wobei die Ausgestaltung einer solchen Leiterplatine im einzelnen in den Ansprüchen 11 bis 14 wiedergegeben ist.

Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung ist auch der Rechner nach Anspruch 15.

In dem Rechner ist das "Auftragsprogramm" gespeichert. Er vergleicht die eingehenden Signale der Sonde oder der Sonden mit einem gespeicherten Programm und gibt ein Signal ab, wenn der ausgeführte Leimauftrag oder sonstige Auftrag von dem Programm abweicht, also eine Leimnaht an der fal­ schen Stelle sitzt, zu früh oder zu spät beginnt oder nicht in der richtigen Menge vorhanden ist.

Gemäß Anspruch 16 sollte der Rechner so ausgestaltet sein, daß Langzeitänderungen ausgeschaltet werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung an einer Beleimungsvorrichtung schematisch darge­ stellt.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Belei­ mungsstation mit einer ersten Ausführungsform der Über­ wachungseinrichtung;

Fig. 2 bis 5 sind Ansichten verschiedener Ausfüh­ rungsformen der Sonde;

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild der Überwachungsein­ richtung;

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Belei­ mungsstation mit einer weiteren Ausführungsform der Über­ wachungseinrichtung;

Fig. 8 zeigt einen Vertikalschnitt durch den unteren Bereich einer Sonde in vergrößertem Maßstab;

Fig. 9 zeigt eine Ansicht des Sensors nach Fig. 7 von unten in vergrößertem Maßstab;

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines an­ deren Sensors;

Fig. 11 ist ein Blockschaltbild dieser Überwachungs­ einrichtung;

Fig. 12 zeigt einen typischen Signalverlauf.

Gemäß Fig. 1 läuft in einer ansonsten nicht darge­ stellten Herstellungsanlage für Kartonagen ein Förderband 1 im Sinne des Pfeiles 2 in einer horizontalen Ebene vor.

Auf dem Förderband 1 wird eine Folge von das Substrat bil­ denden Kartonagenzuschnitten 3 flach aufliegend unter einer feststehenden Leimdüse 4 entlang gefördert, die, wenn sich ein Kartonagenzuschnitt 3′′ unter ihr vorbeibewegt, auf dem Kartonagenzuschnitt 3′′ eine in Förderrichtung verlau­ fende Leimnaht oder Leimspur 5 erzeugt. Der Anfang 5′ der Leimspur liegt in einem vorgegebenen Abstand 6 hinter der Vorderkante 3′ des Kartonagenzuschnitts 3. Bei dem ersten Kartonagenzuschnitt ist die Leimspur 5 auf einem Abschnitt 5′′ ihrer Länge verengt, d. h. es ist dort der Querschnitt der Leimspur verringert und nur eine geringere Menge Leim pro Längeneinheit der Leimspur 5 vorhanden.

Ebenfalls feststehend ist in einem geringen Abstand vertikal oberhalb des Kartonagenzuschnitts 3 ein Sensor 10 angebracht. In dem Ausführungsbeispiel ist der Sensor 10 über dem dem gerade von der Leimdüse 4 beleimten (in Fig. 1 linken) Kartonagenzuschnitt 3′′ in Richtung des Pfei­ les 2 vorangehenden Kartonagenzuschnitt 3 angebracht. Er kontrolliert die Ausführung der an einer vorangehenden Stelle durch die Leimdüse 4 aufgebrachten Leimspur. Der Sensor 10 könnte aber auch über dem dritt- oder viert­ nächsten Kartonagenzuschnitt 3 oder bei entsprechenden Platzverhältnissen über dem gleichen Kartonagenzuschnitt 3′′ angeordnet sein. Der Sensor 10 umfaßt eine Sonde 7 in Gestalt einer parallel zu dem Kartonagenzuschnitt 3 ober­ halb dessen angeordneten Leiterplatine, die einen isolie­ renden Träger 8 und einen Leiter in Gestalt einer auf dem Träger 8 durch Bedrucken oder Ätzen erzeugten Leiterbahn 9 aufweist, die das Ende einer Viertelwellenlängenleitung darstellt, wie noch erläutert wird. Die Höhe der Sonde 10 über der Leimspur 5 ist so bestimmt, daß der Abstand möglichst gering ist, die Leimspur 5 aber keinesfalls be­ rührt wird. Deshalb ist die Leiterbahn 9 auch auf der der Leimspur 5 abgewandten Seite der Leiterplatine ange­ bracht. Die Leiterbahn 9 besteht in dem Ausführungsbeispiel aus einem geraden parallel zur Vorlaufrichtung 2 sich er­ streckenden Streifen, der in Laufrichtung in einem punkt­ artig erweiterten Bereich 11 endet. Diese Anordnung und Ausbildung der Leiterbahn 9 ist ein Merkmal des Ausfüh­ rungsbeispiels, jedoch nicht zwingend. Der Sensor 10 funk­ tioniert auch bei einer anderen Anstellung zur Leimspur. Am anderen Ende der Leiterbahn 9 ist ein Koaxialkabel 12 angeschlossen, welches zu einem VHF-Oszillator führt (Fig. 6). Die Punkte 12′ (Fig. 2) symbolisieren eine zum Anschluß dienende Koaxialbuchse. Die verschiedenen Sensor­ formen (Fig. 2 bis 5) können dank der Steckverbindung leicht gegeneinander ausgetauscht werden.

Die Leiterbahn 9 der Sonde 7 bildet gegen den Raum eine Art Kondensatorplatte, wobei die Kapazität einmal durch den unter die Sonde 7 einlaufenden Kartonagenzu­ schnitt 3, ein weiteres Mal durch den Beginn 5′ der Leim­ naht 5 verändert wird.

Die an dem VHF-Oszillator 16 (Fig. 6) angeschlossene Koaxialleitung 12 stellt eine verlustfreie Leitung mit einer vorgegebenen Impedanz von z. B. 50 Ohm dar, deren elektrische Länge so bemessen ist, daß sie für die Reso­ nanzfrequenz des die Leiterbahn 9, die Koaxialleitung 12 und den VHF-Oszillator umfassenden Schwingkreises einem Viertel der Wellenlänge entspricht. In dem Ausführungs­ beispiel beträgt die Strecke von dem VHF-Oszillator 16 bis zum Ende der Leiterbahn 9 etwa 70 cm, für eine Re­ sonanzfrequenz im Bereich von 100 MHz. An ihrem Eingang hat eine solche Leitung bei Resonanzfrequenz und in deren Umgebung ganz ähnliche elektrische Eigenschaften wie ein Serienresonanzkreis: bei Resonanzfrequenz stellt sie einen Kurzschluß dar, oberhalb der Resonanzfrequenz eine In­ duktivität, unterhalb der Resonanzfrequenz eine Kapazität.

Wird nun das offene Ende der Leitung 10, 12 mit einer Kapazitätsänderung belastet, so verschiebt sich die Re­ sonanzfrequenz des Hochfrequenzschwingkreises, und zwar bei einer Kapazitätserhöhung nach unten. Bei einer für den VHF-Bereich dimensionierten Leitung bewirken Kapazitäts­ änderungen in der Größenordnung von Tausendstel pF bereits Änderungen der Resonanzfrequenz in der Größenordnung von Kilohertz.

Diese Kapazitätsänderung kann erfaßt und in der an­ hand von Fig. 6 noch erläuterten Weise weiterverarbeitet werden.

Wenn der Kartonagenzuschnitt 3 der Fig. 1 in der Rich­ tung 2 vorläuft, so wird der Sensor 10 zunächst auf die vordere Kante 3′ des Kartonagenzuschnitts 3 reagieren. Wenn nämlich statt eines von einem Kartonagenzuschnitt freien Bereichs nunmehr der Kartonagenzuschnitt 3 sich unterhalb des Sensors 10 befindet und die dielektrischen Verhältnisse sich entsprechend ändern, ändert sich auch die Raumkapazität vor dem Sensor 10 und dadurch die wirk­ same Kapazität, die die Frequenz des Schwingkreises beein­ flußt. Diese Frequenzänderung wird mit der Schaltungs­ anordnung nach Fig. 6 erfaßt.

Wenn der Kartonagenzuschnitt 3 weiterläuft und die Strecke 6 zurückgelegt hat, gelangt das vordere Ende 5′ der Leimspur 5 unter den Sensor 10, der in einer Linie mit der Leimdüse 4 angeordnet ist. Durch das Erscheinen der Leimspur 5 verändern sich die dielektrischen Verhält­ nisse unter dem Sensor 10 erneut, und es gibt eine erneute Frequenzänderung. Auf diese Weise kann nicht nur das Vor­ handensein der Leimspur 5, sondern auch der richtige Ab­ stand 6 von der vorderen Kante 3′ überwacht werden.

Desgleichen kann festgestellt werden, wenn sich die Leimspur 5 abrupt in ihrem Querschnitt verjüngt, wie es bei 5′′′ dargestellt ist. Eine solche Veränderung des Quer­ schnittes kann erwünscht sein, im allgemeinen wird es sich jedoch um eine Störung des Leimauftrags handeln, die durch eine Frequenzänderung angezeigt wird.

Schließlich kann der Sensor 10 naütrlich auch das Ende einer Leimspur 5 und den Abstand dieses Endes vom Ende 3′′′ des Kartonagenzuschnitts 3 ermitteln.

Der in Fig. 1 angedeutete Sensor 10 ist in Fig. 2 noch einmal im Grundriß dargestellt. Bei der Sonde 20 der Fig. 3 verzweigt sich die Leiterbahn 9 in zwei Zweiglei­ tungen 9′ und 9′′, mit deren Hilfe zwei nebeneinanderlie­ gende Leimspuren 5 gleichzeitig überwacht werden können. Handelt es sich nicht um Leimspuren, d.h. um im wesent­ lichen lineare Leimaufträge, sondern um Leimbahnen mehr oder weniger großer Breite, so kommen die Sonden 30 und 40 der Fig. 4 bzw. 5 in Betracht. Die Leiterbahn 9 endet hier in einem Quersteg 13, so daß die gesamte Leiteran­ ordnung 9, 13 etwa die Gestalt eines "T" aufweist. Die seit­ liche Erstreckung des Quersteges 13 bzw. 14 ist an die Breite der Leimbahn 15 bzw. 15′ angepaßt.

In Fig. 6 ist die elektrische Funktion der Überwa­ chungseinrichtung erläutert. In dem Schaltbild sind ein Sensorbereich S und ein Rechnerbereich R unterschieden.

Die durch das Koaxialkabel 12 und den Sensor 10 (bzw. 20, 30, 40) gebildete Viertelwellenlängenleitung ist das frequenzbestimmende Glied für einen VHF-Oszillator 16 (Fig. 6), dessen Frequenz in Luft etwas oberhalb 100 MHz liegt. Durch die Annäherung eines Dielektrikums, z. B. einer Leimspur 5, an den Sensor 10 ändert sich die Schwingungs­ frequenz, die Frequenz f_var des Oszillators 16 ist also variabel.

Dem Oszillator 16 ist ein Oszillator 17 zugeordnet, der quarzgesteuert mit einer gleichbleibenden Frequenz f_ref von beispielsweise 113,0 MHz schwingt und von der Annäherung des Dielektrikums nicht beeinflußt wird. Die Frequenzen werden in dem Mischer 18 überlagert, und es ergibt sich nach einer oder mehreren solchen Überlagerun­ gen eine Schwebungsfrequenz in der Größenordnung von 100 kHz, die ein Maß für die Verstimmung des Schwingkreises 10, 12, 16 ist.

Dieses Signal geht über die Leitung 19 aus dem Sonden­ bereich S in den Rechnerbereich R über. Der Rechnerbereich R umfaßt einen an die Leitung 19 angeschlossenen Frequenz­ periodenmesser 21 sowie einen Oszillator 22 zur Erzeugung einer Referenzschwingung von 12 MHz. Die Spannung auf der Leitung 19 schwingt mit der genannten Schwebungsfrequenz von Plus nach Minus. Solange die Spannung positiv ist, werden die Impulse des 12 MHz-Oszillators 22 durchgelassen. Die Zahl der durchgelassenen Impulse ist ein Maß für die Dauer der positiven Halbschwingung auf der Leitung 19 bzw ein Maß für die Frequenz am Ausgang des Mischers 18 bzw. ein Maß für die dielektrische Veränderung an der Sonde 10.

Es sind ein Integrator 28 und ein Pulsweitenmodulator 29 vorgesehen. Der Integrator 28 bildet aus einer Pulsweite einen definierten Spannungspegel, so daß die Pulsweiten­ modulation in eine Amplitudenmodulation umgesetzt wird. Die Spannungsübertragung mit Hilfe der Pulsweitenmodula­ tion ist störsicherer als die direkte Spannungsübertragung.

Es sind Speicher 23 (RAM) für variable Zwischendaten und 24 (ROM) für feste Programmdaten sowie eine zentrale Rechnereinheit 25 vorgesehen. Über die externen Ein- und Ausgänge 26 können weitere Signale eingespeist oder aber Signale für eine Warneinrichtung oder zum Stillsetzen der Anlage ausgegeben werden. Das Ergebnis der Messung, bei­ spielsweise der momentane Wert des Abstandes 6, kann in der Anzeige 27 angezeigt werden.

In den Fig. 7 bis 12 ist eine weiterentwickelte Über­ wachungseinrichtung mit einem anderen Sensor 50 darge­ stellt. Soweit funktionell gleiche Teile vorhanden sind, sind die Bezugszahlen gleich geblieben.

Der Sensor 50 der Fig. 7 bis 9 umfaßt zwei Sonden 37, die in Richtung des Pfeiles 2 unmittelbar hinterein­ ander angeordnet sind. Jede Sonde 37 weist einen Mantel 31 aus einem Hohlprofil quadratischen Querschnitts von etwa 12 mm Kantenlänge aus Messing auf, welches senkrecht zur Oberfläche des jeweiligen Substrates, also zum Beispiel des Kartonagenzuschnittes 3, angeordnet ist. Die Sonden 37 sind parallel zueinander angeordnet und an einer Längs­ seite miteinander verbunden.

In dem nach unten offenen Ende des Mantels 31 ist bei jeder Sonde 37 ein quadratisches Metallplättchen 39 angeordnet, welches ringsum Abstand 35 von dem Mantel 31 beläßt und über einen angelöteten Verbindungsdraht 32 mit einem Schraubanschluß 33 für ein Koaxialkabel verbunden ist. Der verbleibende Innenraum des Mantels 31 ist mit einem geeigneten Kunststoff 34, zum Beispiel Polytetra­ fluoräthylen, ausgefüllt.

Der Sensor 60 ist entsprechend aufgebaut, nur ist der Mantel 31 nicht durchgehend quadratisch, sondern ver­ breitert sich nach unten, so daß die Sonden 37′ etwa die Gestalt eines umgekehrten "T" aufweisen, so daß die Metall­ plättchen 39 breiter werden können. Der Sensor 60 ist für die Überwachung breiterer Leimbahnen vorgesehen, ähnlich wie der Sensor 30 der Fig. 4.

Aus dem Blockschaltbild der Fig. 11 ist ersichtlich, daß die eine Sonde 37 des Sensors 50 über eine Koaxial­ leitung 41 an einen variablen Oszillator 42 angeschlossen ist, die andere Sonde 37 über eine Koaxialleitung 43 an einen variablen Oszillator 44. Der aktive Teil der Oszil­ latoren 42, 44 ist jeweils ein Transistor. Die Rückkopp­ lung erfolgt vom Kollektor auf den Emitter, und die Basis liegt bei Resonanzfrequenz auf Masse. Die Resonanzfrequenz der Anordnung 37, 41, 42 beträgt ca. 119,3 MHz, die Resonanz­ frequenz der Anordnung 37, 43, 44 ca. 108 MHz.

Außer den Oszillatoren 42, 44 ist ein quarzgesteuerter Oszillator 45 vorgesehen, der eine gleichbleibende Refe­ renzfrequenz von 113,0 MHz liefert.

Über die Leitungen 46, 47 sind der variable Oszillator 42 und der Quarzoszillator 45 an einen Mischer 48 ange­ schlossen, der durch eine integrierte Mischstufe für Frequenzen bis in den VHF-Bereich gebildet ist. Er dient zur Mischung der Quarzfrequenz (113,0 MHz) mit der Frequenz des variablen Oszillators 42 (ca. 119,3 MHz), so daß am Ausgang des Mischers 48 die Differenzfrequenz von ca. 6,3 MHz entsteht.

Über die Leitungen 49, 51 sind der variable Oszillator 44 bzw. der Quarzoszillator 45 an den dem Mischer 48 ent­ sprechenden Mischer 52 angeschlossen, der die Quarzfrequenz mit der Frequenz des variablen Oszillators 44 (ca. 108,0 MHz) mischt, so daß am Ausgang die Differenzfrequenz von ca. 5 MHz entsteht.

Über die Leitungen 53, 54 sind Ausgänge der Mischer 52, 48 mit einem Mischer 55 verbunden, der aus den Ausgangs­ frequenzen von 52 (ca. 5 MHz) und 48 (ca. 6,3 MHz) die Summenfrequenz von ca. 11,3 MHz bildet, die über die Lei­ tung 56 dem Mischer 57 zugeführt wird, der sie mit der über die Leitung 61 herangeführten Frequenz von genau 11,3 MHz mischt, die durch Frequenzteilung im Verhältnis 1 : 10 in dem Frequenzteiler 59 aus dem Referenzsignal des Quarz­ oszillators 45 gewonnen worden ist. Am Ausgang des Mischers 57 erscheint ein Ausgangssignal im Bereich von etwa 0,1 bis 20 kHz, welches über die Leitung 19 aus dem Sensor­ bereich S in den Rechnerbereich R übergeht und dort in der gleichen Weise verarbeitet wird, wie es im Zusammen­ hang mit Fig. 6 erläutert worden ist. Die Rechnerbereiche R stimmen in beiden Fällen überein; ein Unterschied ist nur im Sensorbereich S zu finden.

Fig. 12 läßt einen typischen Signalverlauf auf der Leitung 19 erkennen. Es ist möglich, sich die Wiedergabe als Frequenzschrieb vorzustellen, wobei das Papier mit der gleichen Geschwindigkeit vorläuft wie der Kartonagen­ zuschnitt 3 auf dem Förderband 1.

Wenn beide Sonden 37 des Sensors 50 gleiche dielektri­ sche Verhältnisse vorfinden, gibt es auf der Leitung 19 eine mittlere Frequenz von etwa 9 kHz. Gelangt nunmehr die Vorderkante 3′ des Kartonagenzuschnitts 3 unter die erste Sonde 37 des Sensors 50, so erfährt diese eine Ände­ rung ihrer Kapazität, die andere Sonde 37 aber noch nicht. Dadurch wird der zugehörige variable Oszillator 42 oder 44 verstimmt, und es gibt ein Signal 62, welches der Ände­ rung der dielektrischen Verhältnisse entspricht.

Die Schaltung ist nun so ausgebildet, daß eine gleiche Änderung der dielektrischen Verhältnisse an der einen Sonde 37 die entgegengesetzte Änderung im Signal auf der Leitung 19 hervorruft wie bei der anderen Sonde 37.

Wenn also dann die vordere Kante 3′ gemäß Fig. 12 auch unter die zweite Sonde 37 gerät und dort die dielektri­ schen Verhältnisse im gleichen Sinne ändert wie bei der ersten Sonde 37, so gibt es ein Gegensignal, welches sich zu dem vorherigen Signal addiert und dieses vermindert, bis die Signalabweichung von den mittleren 9 kHz Null ist, was in dem Augenblick der Fall ist, wo beide Sonden 37 ganz über dem Kartonagenzuschnitt 3 stehen.

Eine ähnliche Situation entsteht, wenn der Anfang 5′ der Leimnaht 5 unter den Sensor 50 gelangt, was nach Zurücklegung der Strecke 6 der Fall ist. Auch hier gibt es wieder ein Signal 63, welches im allgemeinen eine stär­ kere Frequenzänderung darstellt als der Anfang 3′ des Kar­ tonagenzuschnitts 3. Wenn beide Sonden 37 über der Leim­ naht 5 stehen, entfällt der Signalausschlag wieder und erscheinen lediglich die 9 kHz.

Wenn der Sensor 50 die Leimnaht 5 und anschließend den Kartonagenzuschnitt 3 wieder verläßt, ergeben sich Signalausschläge 64, 65, die entgegengesetzt gerichtet aber gleich groß sind wie die Signalausschläge 62, 63, und zwar weil die Änderung der dielektrischen Verhältnisse am Ende der Leimnaht 5 und am Ende des Kartonagenzuschnittes 3 zwar gleich groß aber entgegengesetzt gerichtet ist wie zu Anfang.

Die in Fig. 12 wiedergegebene Kurve 66 soll nicht nur das Vorhandensein einer Änderung anzeigen, also nicht nur das Vorbeilaufen der vorderen Kante 3′ des Kartonagenzu­ schnitts 3 oder 5′ der Leimspur 5, sondern auch eine quan­ titative Aussage ermöglichen, beispielsweise die richtige Dicke der Leimspur zu kontrollieren gestatten. Dazu müssen die Beträge der Frequenzänderungen, die sich in den Sig­ nalen 62, 63, 64, 65 widerspiegeln, gemessen werden.

Dies geschieht auf folgende Weise. Die positive Flanke eines auf der Leitung 19 ankommenden Sensorsignals zwingt das in dem Rechnerbereich R enthaltene Programm dazu, einen sogenannten freilaufenden Zähler abzulesen und den abge­ lesenen Zählerstand zu speichern. Der freilaufende Zähler hat natürlich eine wesentlich höhere Frequenz als das Sen­ sorsignal. Die nächste positive Flanke des Sensorsignals führt wieder dazu, daß der freilaufende Zähler abgelesen und der Ablesewert gespeichert wird. Es wird dann die Dif­ ferenz zwischen den beiden gespeicherten Zählerwerten ge­ bildet, die ein Maß für die Periodendauer des Signals und damit für die Frequenz ist, die der Kehrwert der Perioden­ dauer ist.

Um nun eine Kontrolle ausüben und Abweichungen von einer vorgegebenen Beleimung eines vorgegebenen Karton­ zuschnitts signalisieren zu können, bedarf es zunächst einer Eichung, d. h. der Speicherung der in Fig. 12 ausge­ zogen wiedergegebenen Kurve in dem Rechnerbereich R.

Dies geschieht auf folgende Weise: Eine Fotodiode teilt dem Programm mit, daß soeben der Kartonzuschnitt 3 sich unter den Sensor 50 schiebt. Gleichzeitig wird dem Programm mitgeteilt, daß die von einem Weggeber kommenden Signale verarbeitet werden dürfen. Dieser Weggeber lie­ fert alle 1 Millimeter ein Signal an das Programm. Die Auswertung dieses Signals führt dazu, daß nach Kenntnis­ nahme die dem Wegsignal zugehörige Frequenz des Sensor­ signals gespeichert wird, also punktweise die Kurve 66. Diese punktweise Speicherung wird so lange fortgesetzt, bis die Fotodiode dem Programm mitteilt, daß der Karton­ zuschnitt 3 unter dem Sensor 5 wieder verschwunden ist. Danach wird die Speicherung von Frequenzwerten der Kurve 66 eingestellt. Es wird auf diese Weise ein gerastertes Abbild des Kartonzuschnitts 3 mit der Leimspur 5 geschaffen.

Es kann nun dem Programm eine Toleranz, bei der Fehler gemeldet werden sollen, eingegeben werden. Es ergibt sich dadurch ein "guter" Bereich um die Kurve 66, der in Fig. 12 strichpunktiert schraffiert wiedergegeben ist.

Nach dieser Vorbereitung kann mit der Produktion von beleimten Kartonzuschnitten 3 begonnen werden. Die Foto­ diode meldet bei der Produktionsprüfung den Eintritt des Anfangs 3′ eines Kartonzuschnitts 3 unter den Sensor 50. Die alle 1 Millimeter anfallenden Weggeberimpulse veran­ lassen die Ermittlung der momentanen Frequenz und den Ver­ gleich mit den beiden durch die Zulassung der Toleranz gegebenen Grenzwerte. Liegt die momentane Frequenz nicht zwischen den beiden Grenzwerten, so gibt es ein Alarmsig­ nal, welches beispielsweise zum Auswerfen eines mangel­ haft beleimten Kartonzuschnitts 3 führt.

Ein solcher Fall ist in Fig. 12 dargestellt. An der Stelle 5′′′ nimmt der Querschnitt der Leimnaht 5 plötzlich erheblich ab, beispielsweise durch eine Verstopfung der Leimdüse. Hierdurch stellt sich auf der Leitung 19 ein Frequenzänderungssignal 67 ein, welches in Fig. 12 ge­ strichelt angedeutet ist und weit außerhalb der an der Stelle zugelassenen Grenzwerte 68 und 69 liegt. Hier würde also die Überwachungseinrichtung in der geschilderten Weise reagieren. Da die "Breite" der Signale auf der 9 kHz-Achse ein Mehrfaches von 1 mm ist, wird es bei irgendeiner der in 1 Millimeter-Schritten erfolgenden Frequenzprüfung auf­ fallen und somit mit Sicherheit erfaßt.

Claims (16)

1. Einrichtung zur Überwachung eines Auftrags eines flüssigen bis pastenförmigen Mediums auf ein Substrat,
mit einem in einem bestimmten geringen Abstand senkrecht zur Substratoberfläche angebrachten, jedoch das Substrat und das aufgetragene Medium nicht berührenden kapazitiven Sensor, zu dem das Substrat eine Relativbewegung parallel zur Substratoberfläche ausführt,
mit einem Hochfrequenzschwingkreis, in den der kapazitive Sensor als Kapazität eingeschaltet ist,
und mit Mitteln zur Erfassung der bei der Relativbewegung des Sensors und des Substrats eintretenden Frequenzänderung des Hochfrequenzschwingkreises, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sensor (10, 20, 30; 50, 60) mindestens eine Sonde (7; 37, 37) umfaßt, die das offene, dem Substrat (3) gegenüberliegende Ende einer Viertelwellenlängenleitung darstellt, die das frequenzbestimmende Element des Hochfrequenzschwingkreises ist, dessen Resonanzfrequenz durch die unterschiedliche kapazitive Belastung am offenen Leitungsende infolge Änderungen der Dielektrizitätskonstanten durch das Substrat (3) und/oder das aufgetragene Medium (3) verändert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Hochfrequenzschwingkreises im VHF-Bereich liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Hochfrequenzschwingkreises mehr als 100 MHz beträgt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsfrequenz des Hochfrequenzschwingkreises in einem Mischer (57) mit einer festen Referenzfrequenz derart heruntergemischt wird, daß am Ausgang des Mischers (57) eine Ausgangsfrequenz im Bereich von 0,1 bis 20 kHz entsteht.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (50) zwei in Richtung (2) der Relativbewegung dicht hintereinander angeordnete Sonden (37, 37) umfaßt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden (37, 37) untereinander im wesentlichen gleich und jeweils Bestandteil von Hochfrequenzschwingkreisen sind, die derart ausgebildet sind, daß gleiche Kapazitätsänderungen an beiden Sonden (37, 37) einander entgegengesetzte Frequenzänderungen der Ausgangssignale der beiden Hochfrequenzschwingkreise hervorrufen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenzen der Hochfrequenzschwingkreise einige Prozent voneinander verschieden sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (10, 50) einen eine flache, mit Abstand über dem Substrat (3) angeordnete Unterseite aufweisenden Leiter (9, 39) umfaßt, der über ein Koaxialkabel (12; 41, 43) an den Hochfrequenzschwingkreis (16′, 42, 44) angeschlossen ist und mit dem Koaxialkabel (12; 41, 43) die Viertelwellenlängenleitung bildet.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (39) durch ein Metallplättchen gegeben ist, welches in dem gegen das Substrat (3) offenen Ende eines ansonsten geschlossenen Metallmantels (31) angeordnet und durch ein den Mantel (31) im übrigen ausfüllendes isolierendes Material (34) von dem Mantel (31) getrennt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (9) auf einer Leiterplatine (8) gebildet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (9) auf der Leiterplatine (8) durch eine von der Anschlußstelle des Koaxialkabels (12) zu einem dem Substrat (3) benachbarten Endbereich führende Leiterbahn gegeben ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich durch einen verbreiterten Endpunkt (11) der Leiterbahn gegeben ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leiterbahn verzweigt und die Zweigleitungen (9′, 9′′) verbreiterte Endpunkte (11′, 11′′) aufweisen.

14. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich der Leiterbahn einen Quersteg (13, 14) bildet.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß den Mitteln zur Erfassung der Frequenzänderung ein Rechner (R) zugeordnet ist, in welchem die Soll-Lage und die Soll-Stärke des Auftrags gespeichert sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Rechners (R) zugleich Kurz- und Langzeitänderungen trennbar und Langzeitänderungen kompensierbar sind.