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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Registerkontrollvorrichtung in einer rotierenden Druckmaschine mit einem
Lesekopf zum Ablesen im allgemeinen in der Randzone aufgedruckter
Passermarken zwecks Feststellung etwaiger Abweichungen zwischen den
Drucken der einzelnen Farben, wobei die besagte Vorrichtung im Anschluss
daran Korrekturbefehle aussendet, um entweder auf den Durchlaufweg der
Papierbahn oder auf den entsprechenden Druckzylinder einzuwirken.
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Bekannte Vorrichtungen dieser Art, wie die in Patent
US 3,653,322 beschriebene, verwenden einen Lesekopf mit einer oder
mehreren Photodioden zum Ablesen einer Passermarke, die in der unter dem
Lesekopf beleuchteten Zone durchläuft. Zum Ausgleich seitlicher
unvorhersehbarer Abweichungen im Gefolge einer hohen
Papierbahndurchlaufgeschwindigkeit erscheinen die Passermarken hier in
der Form von Querstrichen mit merklich grösserer Breite als der
Durchmesser des Ablesebereichs der Photozelle. Zum Beispiel beträgt die
Breite der Passermarke bei einer Photozelle mit einem
Ablesebereichdurchmesser von 6 mm ungefähr 10 mm, damit auf beiden
Seiten ein Spielraum von 2 mm belassen werden kann.
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In einer anderen Vorrichtung dieser Art, wie sie in Patent
EP 0 123 305 beschrieben ist, sind die Passermarken dreieckig und klein
dimensioniert, das heisst, mit einer Breite von 3 mm auf einer Länge von
6 mm, um die für den Druck verfügbare Papierfläche zu vergrössern. Bei der
Analysierung des Anfangs und der Intensität des erhaltenen Impulses
ermöglicht die dreieckige Form dieser Passermarken gleichzeitig den
Längs- und Seitenpasserfehler des entsprechenden Aufdrucks zu bestimmen. Auch
wenn die Ablesefläche des Lesekopfs beträchtlich, dass heisst, bis auf einen
Millimeter verringert wird, erscheint es nichtsdestoweniger erforderlich, die
Verstellung des Lesekopfs in seitlicher Richtung zu motorisieren, damit die
Auswirkung einer zeitweisen Bahnverschiebung ausgeglichen werden kann.
Die motorbetriebene Verstellung des Lesekopfs bringt leider eine schwerere
Struktur mit sich, die sich auf die Baukosten auswirken.
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Wie sich feststellen lässt, kommt das beständige Bemühen für
Platzeinsparung auf dem Papier durch die Verminderung der
Passermarkengrösse, zum Beispiel von nur einem Millimeter Breite oder
sogar weniger, mit dem Problem der seitlichen Verschiebung der Bahnen in
einem Bereich, der grösser ist als die besagten Passermarken, in Konflikt.
Der motorische Antrieb bei so geringen Passermarken wird praktisch
unmöglich, da die letzteren zu rasch den Lesebereich der Photozelle
verlassen, bevor die Abmessungen bestimmt worden sind. Des weiteren
besteht keine Möglichkeit mehr, einer so kleinen Passermarke eine
spezifische, zum Beispiel dreieckige Form zu geben, um in Längs- und
Querrichtung gleichzeitig eine Messung durchzuführen.
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Das Patent EP-A-0 403 082 beschreibt allerdings eine
Registerkontrollvorrichtung in einer Druckmaschine, bei welcher ein Lesekopf
für kleine Registermarken verwendet wird, in welchem zwei Reihen
lichtempfindlicher Elemente zum Einsatz gelangen, die quer zur
Bahndurchlaufrichtung angeordnet sind. Diese Vorrichtung ermöglicht die
Bestimmung von Passerfehlern in Längs- und Querrichtung.
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Die Patente WO 86/05141 und WO 89/01867 schlagen Lösungen
mit Videokameras vor, die ein globales Bild einer Passermarkengruppe
aufnehmen, um nach numerischer Analyse desselben die Passerfehler der
verschiedenen Farben zu bestimmen. Obwohl diese Vorrichtungen beim
Drucken mit langsamer Geschwindigkeit zu genügen vermögen, stossen sie
vor allem bei höheren Geschwindigkeiten, wie bei Tiefdruck mit
Papierdurchlaufgeschwindigkeiten von 20 m/s, rasch an eine Grenze. Bei
einer solchen Geschwindigkeit sollte die Bildverarbeitung wenigstens
zehnmal schneller erfolgen als dies gegenwärtig der Fall ist.
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Der Zweck der voliegenden Erfindung liegt in einer
Registerkontrollvorrichtung in einer rotierenden Druckmaschine mit Beginn in
der Ablesung von besonders kleinen Passermarken, dass heisst, in der
Grösse eines Quadratmillimeters oder weniger, die eine ebenso gute
Registerkontrollpräzision gewährleistet wie die bekannten Vorrichtungen,
jedoch ausreichend schnell funktioniert, um bedeutend höhere
Durchlaufgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Vorzugsweise soll eine solche
Vorrichtung in der Lage sein, Passerfehler sowohl in Längs- als auch in
Querrichtung, sei es mit nebeneinander oder hintereinander angeordneten
Passermarken, je nach dem auf der Papierbahn verbleibenden Platz,
festzustellen. Schliesslich soll der Aufbau dieser Vorrichtung genügend
einfach sein, um die Realisierung zu einem vernünftigen Preis zu gestatten.
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Erreicht werden diese Ziele dank einer Registerkontrollvorrichtung
in einer rotierenden Druckmaschine mit einem Lesekopf zum Ablesen von
aufgedruckten Passermarken, wozu der Lesekopf eine Reihe getrennter
lichtempfindlicher Elemente auf einer Achse quer zur Bahndurchlaufrichtung
auf einer Ebene oberhalb und parallel zur besagten Bahn, woran auf dieser
selben Ebene eine lineare Videoschiene parallel zur Reihe der
lichtempfindlichen Elemente anschliesst, umfasst. Diese Vorrichtung umfasst
ferner einen Mikroprozessor, der das lichtempfindliche Element, welches je
nach der momentanen seitlichen Verschiebung der Papierbahn verwendet
wird und den Lesevorgang der linearen Videoschiene steuert, anwählt.
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Die Reihe der getrennten lichtempfindlichen Elemente besteht
aus gut zwanzig Photodioden mit einer Fläche von 0,7 mm2, die mit einem
Abstand von einem Millimeter voneinander angeordnet sind. Eine solche
Photodiodenreihe wird zum Beispiel von der Gesellschaft Integrated
Photomatrix Limited unter der Bezeichnung IPL 10 220 in den Handel
gebracht. Die lineare Videoschiene kann ein CCD Videobestandteil sein, wie
derjenige mit 2048 lichtempfindlichen Elementen auf einer Breite von 20 mm,
welcher durch die Gesellschaft FAIRCHILD unter der Bezeichnung 145 DC in
den Handel gebracht wird. Der Vorzug liegt darin, dass die Photodioden der
betreffenden Reihe direkt ansprechbar sind und bei Durchlauf einer
Passermarke sofort einen Impuls aussenden, während die lineare CCD
Videoschiene eine sehr präzise Meldung betreffend die seitliche Position des
Passermarkendurchlaufs aussendet.
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Entsprechend einer anderen, vorteilhaften Ausführung umfasst
die Vorrichtung eine zweite Reihe getrennter lichtempfindlicher Elemente,
wobei diese Reihe parallel zwischen der ersten Reihe der getrennten
lichtempfindlichen Elemente und der linearen Videoschiene angeordnet ist.
Dank dieser Anordnung ergibt sich die Möglichkeit, auch mit einem einzigen
Lesekopf sowohl die nebeneinander als auch die hintereinander
angeordneten Passermarken zu analysieren.
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Der Mikroprozessor kann so in der Praxis dazu verwendet
werden, die Bahndurchlaufgeschwindigkeit mittels der Erkennung einer
Passermarke nacheinander von einem getrennten lichtempfindlichen Element
der ersten und dann der zweiten Reihe zu bestimmen, um die lineare
Videoschiene nur beim Durchlauf der Passermarke unter derselben zu
aktivieren. Da die lineare Videoschiene die Integrierung des Lichtes im
Verlaufe der Zeit für eine vorgegebene Beleuchtungsintensität durchführt,
ermöglicht die Aktivierung dieser Schiene ausschliesslich im günstigen
Moment die Aufrechterhaltung eines maximalen Kontrastes zwischen dem
oder den durch die Präsenz der Passermarken nicht beleuchteten Elementen
einerseits und den anderen beleuchteten Elementen andererseits.
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Vorteilhafterweise wird jede Reihe der getrennten
lichtempfindlichen Elemente mit einem Vorverstärker- und
Mehrkanalschaltkreis, der durch den Mikroprozessor für die Anwahl des
momentan zu verwendenden, getrennten Leseelements gesteuert wird,
verbunden, wobei der Ausgang dieses Schaltkreises an einen Verstärker mit
wählbarer Leistung und anschliessend an einen Impulsformer angeschlossen
wird, um den verstärkten Impuls, welcher anlässlich des Durchlaufs der
Passermarke unter dem angewählten, getrennten lichtempfindlichen Element
empfangen wird, zu kontrastieren.
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Vorteilhaft ist auch, den Ausgang des Videosignals vom
Vorverstärkungs- und Kontrollschaltkreis der Videoschiene an einen
Verstärker mit wählbarer Leistung anzuschliessen, dessen Ausgang mit
einem Impulsformer verbunden ist, um den beim Durchlauf einer
Passermarke unter der Schiene zu kontrastieren, wobei der besagte Impuls
wieder dem Mikroprozessor zur Bestimmung der seitlichen Durchlaufposition
der Passermarke und zur Reinitialisierung der Schiene zugeführt wird.
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Entsprechend einer bevorzugten Anordung befindet sich die
Ebene mit der Reihe oder den Reihen der getrennten lichtempfindlichen
Elemente und die Videoschiene in einer gewissen Distanz von der
Papierbahn, wobei ein zwischen dieser Bahn und der Ebene eingefügtes
Objektiv das Bild der Passermarken auf diese lichtempfindlichen Mittel
projiziert. Diese Konfiguration ermöglicht ein leichtes Installieren der
Beleuchtungsmittel wie Spotlampen oder synchronisierte Blitzlichter, um die
durch die Passermarken durchquerte Zone gut zu beleuchten.
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Die obenbeschriebene Vorrichtung erweist sich als besonders
günstig, indem das Verfahren zur Bestimmung des Passerfehlers mittels
nebeneinanderliegender Passermarken darin besteht, den Passerfehler in
Längsrichtung durch Messen einer etwaigen Verschiebung zwischen den
Zentren der beiden Impulse, die sozusagen gleichzeitig von einem der
getrennten lichtempfindlichen Elemente, das in der rechten und linken Hälfte
der ersten oder zweiten Reihe angewählt wird, ausgesendet werden, und den
Passerfehler in Querrichtung durch Vergleichen der Zentren der
verschiedenen, durch die lineare Videoschiene sozusagen gleichzeitig
registrierten Positionen zu bestimmen.
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Die oben beschriebene Vorrichtung ist ebenfalls besonders
günstig, indem das Verfahren zur Bestimmung des Passerfehlers mittels
hintereinanderliegender Passermarken darin besteht, den Passerfehler in
Längsrichtung durch Messen einer etwaigen Verschiebung zwischen den
Zentren der beiden Impulse, die beide von einem der getrennten
lichtempfindlichen Elemente, das in der ersten und zweiten Reihe angewählt
wird, ausgesendet werden, wobei die Distanz zwischen diesen beiden Reihen
gleich gross ist wie die zwischen den Passermarken erwartete Distanz, und
den Passerfehler in Querrichtung durch Vergleichen der Zentren der
normalerweise identischen, durch die lineare Videoschiene nacheinander
registrierten Positionen zu bestimmen.
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Besser verständlich wird die Erfindung bei der Prüfung einer
Realisierungsart, die als nicht begrenztes Beispiel angeführt und durch die
einzige beigelegte Zeichnung schematisch dargestellt wird.
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Die Vorrichtung umfasst ein Lesekopfgehäuse 17 mit einem
Objektiv 18 und zwei Spotlampen 15, die eine Zone 14 auf einer unter dem
besagten Lesekopf 17 durchlaufenden Papierbahn 10 beleuchtet. Auf diese
Papierbahn 10 werden bei Durchlauf durch die verschiedenen
Farbdruckstationen entweder Passermarken 12 nebeneinander oder
Passermarken 11 hintereinander aufgedruckt. Hinter dem Objektiv 18
befinden sich auf einer Ebene parallel zur Papierbahn 10 zwei Reihen
Photodioden 21 und 22 sowie eine lineare CCD Videoschiene 30 parallel
zueinander und quer in Bezug auf die Bahndurchlaufrichtung.
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Vorzugsweise werden die Fokaldistanz des Objektivs 18 und die
Distanzen zwischen eben diesem Objektiv und einerseits der Papierbahn 10
und andererseits den Ableseelementen 20, 21 und 30 in der Weise bestimmt,
dass diese Elemente ein nicht vergrössertes Bild empfangen, wobei es sich
je nach den Ableseelementen 20, 21 und 30 als Vorzug erweist, diese
Parameter zu verändern, um eine geringe Vergrösserung zu bewirken.
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Die Reihen der getrennten lichtempfindlichen Elemente 20 und 21
sind identisch und bestehen in der Form von zwei durch die Gesellschaft
Integrated Photomatrix unter der Bezeichnung IPL 10 220 in den Handel
gebrachten Bestandteilen. Ein solcher Bestandteil umfasst in einem Gehäuse
eine Reihe von zweiundzwanzig 0,66 mm2 grossen Elementen, die in einem
Abstand von 1, 08 mm voneinander angeordnet sind. Diese beiden
Photodiodenreihen 20 und 21 sind voneinander mit einer Distanz von 20 mm
getrennt, die dem zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Passermarken
11 vorgesehenen Abstand entspricht. Jede Photodiode der Reihe 20 (21) ist
an einen der Eingänge eines Mehrkanalschaltkreises 24 (25) über einen der
Anschlüsse eines Bündels 22 (23) angeschlossen. Die im Handel
angebotenen Schaltkreise 24 und 25 umfassen einen Vorverstärker an jedem
Eingang, wovon nur ein Ausgang über einen Wählschaltkreis, der durch den
Mikroprozessor 50 gesteuert wird, an eine zweite Verstärkerstufe
angeschlossen ist.
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Der angewählte und vorverstärkte Impuls wird hierauf einem
Verstärker 26 (27) mit wählbarer Leistung, die über einen Mikroprozessor 50
ermittelt wird, zugeleitet, um die Wirkung des Glanz- oder Mattaussehens der
Papierbahn oder der mehr oder weniger kontrastierenden, bzw. glänzenden,
Farben der Passermarken auszugleichen. Der verstärkte Impuls wird
anschliessend einem Schaltkreis 28 (29) übermittelt, der die Schrägflanken in
Senkrechtflanken umwandelt. Dieser in der Fachwelt bekannte Impulsformer
kann einen ersten Spitzenermittlungsschaltkreis umfassen, dessen Wert
durch eine Widerstandsbrücke leicht vermindert wird, bevor er der positiven
Klemme eines Komparators zugeführt wird, während die negative Klemme
den Initialimpuls direkt empfängt. Der Komparator kippt hierauf scharf, sobald
die Differenz des Impulses in Bezug auf die Grundspannung unter und
anschliessend über dem vorbestimmten Wert liegt.
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Die beiden rechtwinkligen Ausgangssignale der Schaltkreise 28
und 29 werden hierauf einem Schaltkreis 40 zugeleitet, der die
Phasenverschiebung unter Bezugnahme vor allem auf die Impulsmitte
vergleicht.
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Die lineare Videoschiene 30 besteht aus einer Reihe von 2048
Ableseelementen, die durch Trennkanäle getrennt und durch eine
Passivierungsschicht aus Silikatdioxyd abgedeckt werden. Die Photonen
fliessen durch die Silikatdioxydschicht und werden durch Silikateinzelkristalle
absorbiert. Die durch die Photonen erzeugten Elektronen sammeln sich an
lichtempfindlichen Stellen. Die an jeder lichtempfindlichen Stelle
angesammelte Lademenge ist eine lineare Funktion der einfallenden
Lichtintensität und der Integrationsperiode. Eine Klemme zur
Integrationskontrolle gestattet die Verminderung und Kontrolle der
Integrationszeit der einzelnen lichtempfindlichen Elemente. Das
Ausgangssignal variiert kontinuierlich zwischen dem Grundwert, der der
Wärmebewegung für eine Nullbeleuchtung entspricht, und einer maximalen
Sättigung, die der Wärmebewegung für eine intensive Beleuchtung
entspricht.
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Das Element verfügt über zwei Transfertore neben den Reihen
der lichtempfindlichen Elementen. Die in den lichtempfindlichen Elementen
angesammelten Lademengen werden hierauf jedes Mal durch die
Transfertore den Übermittlungsregistern zugeleitet, wenn die an der
Transferklemme bestehende Spannung zu hoch wird. Die Lademengen
werden abwechslungsweise auf das eine oder andere Register übermittelt.
Zur Verwendung gelangen die Übermittlungsregister für den serienmässigen
Transfer der durch das Licht erzeugten Lademengen auf einen Verstärker.
Eine Ergänzungsbeziehung zwischen den beiden Übermittlungsregistern
gestattet die Neubildung der Folge der Lademengen zur Bildung einer
Videoliniensequenz am Ausgang.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist ein CCD
Ladekoppelungsbestandteil ein Halbleiterelement, in welchem voneinander
getrennte Lademengen unter sequentieller Einwirkung einer Torreihe von
einer Stellung im Halbleiter in eine benachbarte Stellung transportiert werden.
Diese Lademengen sind Minderheitsträger in Bezug auf die
Halbleiterunterlage.
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Das Videoausgangssignal 32 fliesst durch einen
Vorverstärkersowie Kontrollschaltkreis des CCD vor allem bei den Signalen des
Integrierungsanfangs und -endes, bevor es in einem Schaltkreis 36 verstärkt
wird, dessen Leistung wiederum entsprechend der Beschaffenheit der
Papierbahn und/oder der Passermarken vorgängig reguliert werden kann.
Das einen oder zwei Impulse umfassende Videosignal wird hierauf dem
Schaltkreis 38, der mit den Schaltkreisen 28 und 29 identisch ist, zugeleitet
und gestattet so, den Kontrast der vorhandenen Impulse gleichzurichten und
zu verstärken, bevor das besagte Videosignal wieder dem Mikroprozessor 50
für Analysierung zugeleitet wird.
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Die obenbeschriebene Vorrichtung arbeitet auffolgende Weise:
Bei den Ablesemarken 12, die nebeneinander mit den aufeinanderfolgenden
Drucken aufgedruckt werden, wird die Photodiodenreihe 20 praktisch in zwei
Hälften unterteilt, wobei der Mikroprozessor im Mehrkanalschaltkreis 24 je
eine Diode in den beiden Hälften anwählt, die den erwarteten
Durchlaufpositionen der Passermarken 12 entsprechen, wie dies bei der
Initialisierungsphase oder bei den vorausgehenden Messungen definiert
wurde. Bei passertreuen Drucken liegen die Passermarken 12 genau
nebeneinander und beeinflussen gleichzeitig ihre betreffenden Photodioden,
wodurch bewirkt wird, dass der Schaltkreis 40 keine Phasenverschiebung in
den rechtwinkligen verstärkten Impulsen feststellen wird. Bei Verschieben der
Drucke erscheint eine Phasenverschiebung in den empfangenen Impulsen,
was den Hinweis gestattet, dass der betreffende Druckzylinder voraus- oder
nach läuft. Wenn die nebeneinanderliegenden Passermarken 12 sozusagen
gleichzeitig unter der linearen Videoschiene 30 durchlaufen, beeinflussen sie
jeweils eine bestimmte Zone lichtempfindlicher Elemente, die sich durch zwei
Impulse im Ausgangvideosignal ausdrücken, dessen Abstand durch den
Mikroprozessor von der Mitte der rechtwinkligen verstärkten Impulse aus
gemessen werden kann. Durchgeführt werden kann diese Messung zum
Beispiel durch Verwendung der Anzahl Impulse, die durch eine Uhr im
Mikroprozessor gezählt werden, wobei diese Uhr durch einen ersten Impuls
in Betrieb und einen zweiten Impuls ausser Betrieb gesetzt wird.
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Bei den beiden aufeinanderfolgenden Passermarken 11 befiehlt
der Mikroprozessor 50 den Mehrkanalschaltkreisen 24 und 25 auf derselben
Linie eine Photodiode der beiden Schienen 20 und 21 einzuschalten. Da der
Abstand dieser beiden Photodiodenschienen gleich viel beträgt wie der
erwartete Abstand zwischen der Passermarke 11, sollten nun die beiden
angewählten Photodioden einen Impuls erzeugen, der sich gleichzeitig im
Vergleichsschaltkreis 40 erneut durch die Feststellung einer
Nullphasenverschiebung auswirkt. Im gegenteiligen Fall gestattet die
Messung der Phasenverschiebung die Feststellung, ob der betreffende
Aufdruck voraus- oder nachläuft.
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Zum Messen der seitlichen Verschiebung liest die lineare
Videosch jene 30 die erste Passermarke 11, die ein erstes Videosignal
erzeugt, und initialisiert sich wieder, um die zweite Passermarke zu lesen. Da
die erforderliche Zeit für diese Videoschiene zur Ablesung und zur
Wiederinitialisierung bei Verwendung einer 4 MHz Uhr 500 Mikrosekunden
beträgt, vermag die besagte Schiene die einzelnen Passermarken separat zu
lesen, die im Falle eines Abstands von 20 mm bei einer
Bahndurchlaufgeschwindigkeit von 20 m/s mit einer Millisekunde Zeitraum
aufeinanderfolgen. Der Mikroprozessor vergleicht hierauf die seitliche
Position der einzelnen Passermarken, was mittels einer Impulszählung durch
eine Uhr erfolgen kann, die durch ein Anfangssignal in Betrieb und durch die
Mitte der rechtwinkligen verstärkten Impulse, die den Durchgang dieser
Passermarke darstellen, ausser Betrieb gesetzt wird.
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Wie dies aus der Prüfung dieser Darstellung hervorgeht, kann die
Vorrichtung gemäss der Erfindung auf einer schnell durchlaufenden Bahn,
das heisst, mit 20 m/s Geschwindigkeit oder mehr, sehr leicht besonders
geringe Passermarken-Positionsfehler von einem Quadratmillimeter oder
weniger feststellen. Da sämtliche bruchgefährdeten Bauteile, vor allem die
elektronischen Detektoren, in einem widerstandsfähigen und dichten
Gehäuse mit Objektiv und Spotlampen untergebracht werden können,
vermag diese Vorrichtung äusseren Einwirkungen, wie sie im industriellen
Bereich auftreten, auszuhalten. Da die meisten optischen, opto-elektrischen
oder elektronischen Bestandteile dieser Vorrichtung im Handel erhältlich sind,
können die Realisierungskosten in einem vernünftigen Mass gehalten
werden. Im Rahmen dieser Erfindung sind ausserdem zahlreiche
Verbesserungen möglich.