DE69523459T2

DE69523459T2 - Verfahren und vorrichtung zur detektion der position einer faltenlinie eines verpackungsstreifens

Info

Publication number: DE69523459T2
Application number: DE69523459T
Authority: DE
Inventors: Hans Ahlen
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 1994-03-21
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2015-03-18
Also published as: SE502547C2; ES2166397T3; CN1146805A; DE69523459D1; CN1047842C; SE9400929L; AU2151995A; SE9400929D0; RU2153160C1; JPH09510548A; EP0772760A1; WO1995025941A1; US5767975A; EP0772760B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen der Stelle einer Faltenlinie oder einer ähnlichen Prägung in einer sich bewegenden Verpackungsmaterialbahn oder dergleichen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Hintergrund der Erfindung

Eine Faltenlinie in einer Verpackungsmaterialbahn läßt sich auffassen als gefaltete Kerbe, entlang der eine aus der Verpackungsmaterialbahn herzustellende Verpackung gefaltet ist. Jeder Verpackungs-Zuschnitt besitzt somit eine Reihe von Faltenlinien, die in verschiedene Richtungen der Verpackungsmaterialbahn verlaufen können.
In verschiedenen Fällen kann es Gründe dafür geben, einen nachfolgenden Prozeß basierend auf einer Faltenlinie zu steuern, die in Quer- oder Längsrichtung verlaufen kann. Ein Beispiel besteht darin, daß, ein Abziehstreifen an einer exakt definierten Stelle in enger Nachbarschaft einer Quer- Faltenlinie zu plazieren ist, um später die beabsichtigte Funktion der fertigen Verpackung zu erlangen. Gemäß einem weiteren Beispiel kann es erwünscht sein, die Breite des Verpackungsmaterials mit Faltenlinien, jedoch ohne Aufdruck zu verringern (zum Beispiel von vier auf zwei Verpackungsmaterialbreiten).
Derzeit wird eine Längslinie auf das Papier aufgedruckt, um den Schneidvorgang zu steuern. Wenn die Möglichkeit bestünde, eine Längs- Faltenlinie zu beherrschen, ließen sich die Druckkosten und der Materialverschnitt für die Zuschnitt-Steuerlinie verringern.
Aufgrund der Schwierigkeiten, die Lage einer Faltenlinie abzuschätzen, wurden frühe Versuche unternommen, von einem charakteristischen Teil des gedruckten Materials auf der Verpackungsmaterialbahn auszugehen, wobei dieses bedruckte Material als korrekt positioniert bezüglich der Faltenlinie betrachtet wurde. Aus verschiedenen Gründen erlangt der Aufdruck aber nicht mit zufriedenstellender Genauigkeit die richtige Lage in Relation zu den Faltenlinien. Dies bedeutet also, daß zum Beispiel ein Abziehstreifen, der im Verhältnis zu dem Druck zu positionieren ist, nicht notwendigerweise die korrekte Lage bezüglich der vorgesehenen Faltenlinie erlangt.
Demgemäß ist es wünschenswert, von einem Primärelement "Faltenlinie" auszugehen, anstatt von dem Sekundärelement "Aufdruck" als Stelle für beispielsweise ein Abziehstreifen.
Eine Faltenlinie ist als im allgemeinen sehr schwache Prägung auf der Rückseite einer Verpackungsmaterialbahn sichtbar. Eine typische Faltenlinie kann eine Breite von 1,8 mm und ein Höhe von lediglich 0,03 mm haben. Außerdem ist die Faltenlinie nicht besonders gut in ihrer Form definiert. Die Höhe der Faltenlinie ist außerdem so gering, daß Unregelmäßigkeiten der Verpackungsmaterialbahn Schwierigkeiten beim Erfassen einer Faltenlinie verursachen können.
Die Schwierigkeiten des Einschätzens der Stelle einer Faltenlinie in einer Verpackungsmaterialbahn sind bei einer mit Aluminium kaschierten Bahn, die ziemlich häufig angetroffen wird, groß, ohne eine solche Kaschierung möglicherweise noch größer.
Zu Beginn der Arbeiten, die schließlich zu der vorliegenden Erfindung geführt haben, wurde eine Reihe optischer Verfahren zum Erfassen von Faltenlinien geprüft. Es wurde Licht in verschiedener Weise auf eine sich bewegende Verpackungsmaterialbahn gerichtet, und dieses Licht wurde mit Hilfe von Photodetektoren empfangen, um ein Meßsignal zu erzeugen. Es ergab sich, daß mehrere dieser Verfahren für eine Fortsetzung völlig ungeeignet waren; ein gewisses Verfahren könnte für eine Materialbahn funktionieren, die mit Aluminium beschichtet ist, nicht jedoch für eine Bahn ohne Aluminium.
Es wurde bereits erwähnt, daß eine Faltenlinie eine sehr geringe Höhe hat, welche in einigen Fällen unter normalen Oberflächenunregelmäßigkeiten verborgen ist, was bedeutet, daß es nicht nur schwierig ist, ein Signal von der Faltenlinie zu gewinnen, sondern auch schwierig ist, dieses Signal anschließend in der Weise zu behandeln, daß eine zuverlässige und genaue Angabe über die Stelle der Faltenlinie gewonnen werden kann.

Die Erfindung

Die Lösung der oben erwähnten Probleme beim Erfassen der Stelle einer Faltenlinie in einer sich bewegenden Verpackungsmaterialbahn umfaßt erfindungsgemäß die Schritte:
Licht, von der Verpackungsmaterialbahn und der Faltenlinie reflektiert und von mindestens einem Lichtbündel stammend, das schräg zu dem reflektierten Licht gegen die Bahn gerichtet wird, wird mit. Hilfe von mindestens einem Photodetektor empfangen, der jeweils ein elektrisches Signal oder ein Bild der Verpackungsmaterialbahn und der Faltenlinie erzeugt,
zwei elektrische Signale, erzeugt durch Licht aus zwei Richtungen, werden zu einem Meßsignal vereint, welches in einem elektronischen Signalprozessor mit einem Referenzsignal verglichen wird, welches in dem Prozessor gespeichert ist und repräsentativ ist für eine Referenz-Faltenlinie, und
eine Faltenlinie wird dann angezeigt, wenn der Wert eines Korrelationssignals, welches auf einer Berechnung der Gleichförmigkeit zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal beruht, ein Maximum hat.
Dieses Maximum muß einen gewissen Pegel übersteigen, um als Korrelationswert für eine Faltenlinie akzeptiert zu werden.
Anders ausgedrückt: es wird von einem optischen Kontrastverfahren Gebrauch gemacht, bei dem ein Teil des ankommenden Lichts durch Photodetektoren gesammelt wird, außerdem von einer Korrelationsmeßmethode in einem elektronischen Signalprozessor. Das auf die Bahn gerichtete Lichtstrahlbündel wird vorzugsweise von einem Laser oder einer Leuchtdiode erzeugt und erhält die Form eines Schlitzes, wobei der Winkel zwischen dem ankommenden Lichtbündel und dem von einem Photodetektor empfangenen Lichtbündel zum Beispiel 60º beträgt. Es ist schwierig, die exakte Position der Faltenlinie mit Hilfe der Meßsignale aus den Photodetektoren zu erfassen. Diese Signale enthalten viel Rauschen, insbesondere aus der Papierstruktur. Die Faltenlinien haben außerdem verschiedene Größen und sind in gewissen Fällen asymmetrisch. Unterschiedliche Papierqualitäten liefern unterschiedliche Meßsignale.
Um das Rauschen aus der Struktur in dem Papier zu verringern, wird ein Differenzsignal aus den elektrischen Signalen von dem Photodetektor oder den Photodetektoren erzeugt. Ein noch geringerer Rauschpegel wird dadurch erreicht, daß das endgültige Meßsignal gebildet wird als der Quotient aus der Differenz der elektrischen Signale und deren Summe.
Das Faltensignal ist immer noch ziemlich rauschbehaftet, und es gibt keine sauberen, gut identifizierbaren Flanken, an denen getriggert werden könnte. Allerdings haben sämtliche Faltensignale im allgemeinen die Form eines geneigten N, wobei der Abstand zwischen der positiven Spitze und dem negativen Boden konstant ist und korreliert ist mit den Breiten der Faltenlinie. Diese Bedingung bedeutet, daß die Stelle einer Faltenlinie sich mit guter Genauigkeit mit Hilfe des oben erwähnten Korrelationsverfahren identifizieren läßt.
Das Prinzip der Korrelationsmessung besteht darin, daß ein Meßsignal mit einem Referenzsignal verglichen wird, und daß die Konformität zwischen diesen beiden Signalen berechnet wird. Es gibt zahlreiche unterschiedliche Algorithmen zur Korrelationsmessung. Der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Algorithmus liefert als Ergebnis einen Korrelationsfaktor, der Null oder negativ ist, wenn keine Korrelation ermittelt wird, und der positiv bei einer aufgefundenen Korrelation ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Meßsignal mit einer gewissen Transportlänge der Verpackungsmaterialbahn als Basis abgetastet. Bei einer praktischen Ausführungsform beträgt der Transportlängenabschnitt zwischen Impulsen von einem mit der Verpackungsmaterialbahn gekoppelten Meßrate 80 um, was bei einer Geschwindigkeit der Verpackungsmaterialbahn von nicht mehr als 350 m/min eine Strecke zwischen dem Zentrum der wirklichen Faltenlinie auf der Verpackungsmaterialbahn und der Spitze des Korrelationssignals von 2,56 mm ergibt, während das Signal, welches extern eine Faltenlinie anzeigt, nach weiteren 0,32 mm geliefert wird.
Dementsprechend erscheint eine Spitze des Korrelationssignals, die die beste Konformität zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal angibt, mit einer gewissen Verzögerung aufgrund der Länge der Referenz. Wenn die Spitze erscheint, kann basierend auf der Kenntnis der festen Abstandsdifferenz zu der Anzeige einer Faltenlinie die Methode zum Erfassen der Stelle einer Quer-Faltenlinie beispielsweise dazu benutzt werden, eine Abziehlasche an der korrekten Stelle in Relation zu einer Faltenlinie mit extrem hoher Genauigkeit zu positionieren. Alternativ kann die Methode des Erfassens der Stelle einer Längs-Faltenlinie zum Beispiel verwendet werden als Lagereferenz beim Schneiden.
Praktische Lösungen der Probleme beim Erfassen der Stelle einer Quer- Faltenlinie sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben, während praktische Lösungen für das Erfassen der Stelle einer Längs-Faltenlinie in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben sind.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Durchführen des oben diskutierten Verfahrens zum Erfassen der Stelle einer Faltenlinie in einer sich bewegenden Materialbahn.
Diese Vorrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch:
mindestens eine Lichtquelle zum Lenken eines Lichtbündels auf die Bahn,
mindestens einen Photodetektor zum Empfangen von Licht, das von der Verpackungsmaterialbahn reflektiert wurde, aus zwei Richtungen quer zu der Faltenlinie und unter einem relativ großen Winkel von beispielsweise 60º bezüglich des auf die Bahn gerichteten Lichtbündels, und
einen elektronischen Signalprozessor, in welchem ein Meßsignal, gebildet durch Vereinen zweier elektrischer Signale aus dem mindestens einen Photodetektor, verglichen wird mit einem Referenzsignal, das in dem Prozessor gespeichert ist und repräsentativ ist für eine Referenz-Faltenlinie, und in welchem ein Korrelationssignal zu berechnen ist, welches kennzeichnend ist für die Konformität zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal, und dessen Maximum eine Anzeige für eine Faltenlinie ist.
Die Lichtquelle ist vorzugsweise ein Laser oder eine Leuchtdiode. Der Laser und die Photodetektoren können in einem Kasten angeordnet werden. Bevorzugte Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Erfassen der Stelle einer Quer-Faltenlinie sind in den Ansprüchen 10 bis 13 angegeben, während bevorzugte Ausführungsformen zum Erfassen der Stelle einer Längs-Faltenlinie in den Ansprüchen 14 bis 17 umrissen sind.
Die obige Betrachtung konzentriert sich auf den Begriff "Faltenlinie", allerdings ist ersichtlich, daß das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch zum Erfassen der Stelle jeder nach innen oder nach außen gerichteten Prägung einer Materialbahn verwendet werden kann. Es ist ebenfalls ersichtlich, daß das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht nur zum Erfassen der Stelle einer Faltenlinie verwendet werden können, sondern auch für das Abschätzen des Erscheinungsbildes und auch der Qualität der Faltenlinie.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird die Erfindung in weiterer Einzelheit unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein optisches Layout einer Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung zum Erfassen der Stelle einer Quer-Faltenlinie;
Fig. 2A, B und C Strahlwege bei der Bewegung einer Quer-Faltenlinie an einem erfindungsgemäßen Sensor vorbei;
Fig. 3 und 4 zwei Beispiele praktischer Ausführungsformen eines optischen Layouts einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zum Erfassen der Stelle einer Quer-Faltenlinie;
Fig. 5 eine graphische Darstellung eines Faltensignals und eines Korrelationssignals;
Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Signalprozessors, der als ein Beispiel für eine Ausführungsform gewählt ist;
Fig. 7 in einer der Fig. I entsprechenden Weise ein optisches Layout einer Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung zum Erfassen der Stelle einer Längs-Faltenlinie;
Fig. 8 und 10 das optische Layout in zwei Arbeitszuständen einer modifizierten Sensorvorrichtung zum Erfassen der Stelle einer Längs- Faltenlinie;
Fig. 9 und 11 graphische Darstellungen von Faltensignalen aus der Sensorvorrichtung unter den Arbeitsbedingungen gemäß Fig. 8 bzw. 10, und
Fig. 12 eine graphische Darstellung des Differenzsignals dieser beiden Faltensignale gemäß Fig. 9 und 11.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Zwei grundlegend verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen Fig. 1 bis 6 die Erfindung zeigen, die zum Erfassen der Stelle einer Quer-Faltenlinie verwendet wird, und Fig. 7 bis 12 die Erfindung zeigen, wie sie zum Erfassen der Stelle einer Längs-Faltenlinie eingesetzt wird.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Verpackungsmaterialbahn, die über einem sich drehenden Zylinder angeordnet werden kann, wie dies dargestellt ist, oder die über eine ebene Fläche bewegt werden kann. Die Verpackungsmaterialbahn 1 enthält eine Quer-Faltenlinie 2, deren Stelle in Längsrichtung mit hoher Genauigkeit bestimmt werden soll. Die Bahn 1 kann mit einer Aluminium-Oberflächenbeschichtung versehen sein oder nicht. Als eine Alternative zu einer Faltenlinie 2 besteht auch die Möglichkeit, irgendeine nach innen oder nach außen gerichtete Prägung vorzusehen, wobei aber hier in der Beschreibung durchwegs der Begriff "Faltenlinie" verwendet wird.
Eine Faltenlinie in einer Verpackungsmaterialbahn läßt sich betrachten als eine gefaltete Kerbe, die mit Hilfe zusammenwirkender Rippen und Nuten zweier Zylinder in das Material eingeprägt wird, indem zwischen den Zylindern die Verpackungsmaterialbahn durchgeleitet wird. Eine typische Faltenlinie kann eine Breite von 1,8 mm und eine Höhe von 0,03 mm besitzen. Die sehr geringe Höhe bedeutet, daß die Faltenlinie sich nicht einfach an einer laufenden Materialbahn erkennen läßt, insbesondere dann nicht, wenn die Bahn nicht mit Aluminium beschichtet ist und dementsprechend einen gewissen Kontrast liefert.
Theoretische Betrachtungen und praktische Tests haben gezeigt, daß die besten Ergebnisse mit Hilfe eines Kontrastverfahrens erreicht werden, bei dem auf optischem Weg Winkeländerungen auf der Oberfläche der Verpackungsmaterialbahn erfaßt werden, dort, wo Licht senkrecht auf die Oberfläche gerichtet wird und das reflektierte Licht aus zwei Richtungen unter einem großen Winkel bezüglich des einfallenden Lichts gelesen wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, den umgekehrten Strahlweg zu nutzen, das heißt Licht, welches schräg aus zwei Richtungen einfällt und etwa senkrecht bezüglich der Oberfläche erfaßt wird.
Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Laser 3 lenkt sein Licht - zum Beispiel sichtbares rotes Licht - senkrecht gegen die Oberfläche der Verpackungsmaterialbahn 1. Eine Linse 4 (das heißt normalerweise eine Gruppe von Linsenelementen) ist in dem Strahlengang des Lasers 3 angeordnet und ist so ausgebildet, daß er ein schlitzförmiges, fokussiertes Bündel von Strahlen oder Strahlbündel auf die Verpackungsmaterialbahn 1 gibt. Der Schlitz verläuft mit seiner Längsachse quer zur Bewegungsrichtung der Verpackungsmaterialbahn und kann eine Länge von zum Beispiel 5 mm oder mehr und eine Breite von 0,1 mm haben.
Das von der Verpackungsmaterialbahn 1 reflektierte Licht wird mit Hilfe zweier Photodetektoren oder Photodioden 5 erfaßt, auf die das Licht mit Hilfe von Linsen 6 fokussiert werden kann. Die Photodetektoren 5 sind in Längsrichtung der Verpackungsmaterialbahn 1 angeordnet und können einen Winkel von zum Beispiel 60º bezüglich der Normalen auf der Verpackungsmaterialbahn bilden. Die Signale von den Photodetektoren 5 - zum Beispiel Siliziumdetektoren mit einer Oberfläche von 5 mm² - werden elektronisch in der unten beschriebenen Weise behandelt.
Fig. 2A-C veranschaulichen grob, wie das Licht 3' von dem Laser 3 als reflektiertes Licht 5' auf die beiden Photodetektoren 5 beim Durchgang einer Faltenlinie 2 zurückfällt. In Fig. 2A wird der erste Teil der "ansteigenden" Faltenlinie 2 von dem Laserlicht 3' getroffen. Gemäß den Gesetzen der normalen optischen Reflexion wird mehr reflektiertes Licht 5' auf den unteren Photodetektor 5 als auf den oberen Photodetektor reflektiert. In Fig. 2B wird der obere Bereich der Faltenlinie von dem Laserlicht getroffen, und etwa die gleiche Lichtmenge wird auf beide Photodetektoren reflektiert. Schließlich hat sich in Fig. 2C die Faltenlinie soweit bewegt, daß ihr Endbereich oder ihr "Abwärtshügel" von dem Laserlicht getroffen wird; in diesem Fall wird mehr Licht von dem oberen Detektor als von dem unteren Detektor erfaßt.
Fig. 3 und 4 zeigen reichlich schematisch den Aufbau von zwei Beispielen des optischen Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die verschiedenen in Fig. 1 dargestellten Einrichtungen, nämlich der Laser 3, die Linse 4, die Photodetektoren 5 und die Linsen 6, in einem Kasten 7 untergebracht. Die von der Verpackungsmaterialbahn 1 mit seiner Faltenlinie 2 reflektierten Lichtstrahlbündel treten durch Fenster 8 in den Kasten 7 ein und werden mittels Spiegeln 9 gegen die Photodetektoren 5 gelenkt. In einem praktischen Fall läßt sich der Kasten 7 in einer Entfernung von 12 mm gegenüber der Verpackungsmaterialbahn 1 anordnen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind der Laser 3 und die Photodetektoren 5 in einem Kasten 10 angeordnet, während ein holographisches optisches Element 11 dazu dient, Licht zu fokussieren und zu sammeln. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß eine äußerst kompakte optische Einrichtung oder ein Sensor erzielt wird und nur wenige optische Elemente benötigt werden. Diese Lösung ist folglich gut geeignet für die Massenherstellung.
Bei dem optischen Gerät oder Sensor ist es alternativ möglich, mit Prismen, Fresnel-Optik oder Lichtleitern zu arbeiten.
Ziemlich schwierig ist es, die exakte Stelle der erfaßten Faltenlinie mit Hilfe der elektrischen Signale aus den beiden Photodetektoren 5 zu ermitteln. Die Signale enthalten viel Störung oder Rauschen, insbesondere aus der Papierstruktur. Die Faltenlinien sind außerdem undefiniert, von unterschiedlicher Größe und in manchen Fällen unsymmetrisch. Die Meßsignale hängen auch von der verwendeten Papierqualität ab.
Die elektrischen Signale von den beiden Photodetektoren 5 werden elektronisch behandelt. Es ist offensichtlich, daß die elektronische Einrichtung für diese Signalbehandlung auf verschiedene Weise erfolgen kann, wobei im folgenden eine gewisse Vorrichtung bezüglich Fig. 6 abgehandelt wird.
Der erste Schritt der Signalbehandlung besteht darin, ein Differenzsignal von den beiden Photodetektoren 5 zu bilden, um das Rauschen aus der Papierstruktur zu verringern. Eine weitere Verbesserung des Rauschpegels wird mit Hilfe eines weiteren Schritts erreicht, bei dem ein Quotient des oben erwähnten Differenzsignals und des Summensignals von den beiden Photodetektoren gebildet wird.
Auch nach diesen Operationen ist das Faltensignal ziemlich stark rauschbehaftet, und es gibt kaum irgendwelche deutlichen, einfach definierbaren Flanken zum Triggern. Allerdings sieht es so aus, daß sämtliche Faltensignale ein gewisses gemeinsames Merkmal in ihrem Erscheinungsbild haben: ein Faltensignal hat die allgemeine Form eines geneigten "N", wobei der Abstand zwischen einer positiven Spitze und einem negativen Boden, das heißt zwischen den beiden Extrema des Faltensignals, abhängt von der Breite des Faltensignals, im praktischen Fall sind das 1,8 mm.
Dieser Umstand bedeutet, daß es mit Hilfe eines Korrelationsverfahrens möglich ist, die Stelle einer Faltenlinie mit sehr guter Genauigkeit abzuschätzen. Sämtliche beim Durchgang der Faltenlinie aufgenommenen Messungen dienen für das Korrelationsverfahren. Auf diese Weise läßt sich das Rauschen reduzieren.
Das Prinzip dieses Korrelationsverfahrens besteht darin, daß das gewonnene Meßsignal mit einem Referenzsignal verglichen wird, welches in der elektronischen Einrichtung gespeichert ist, und daß die Korrelation zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal berechnet wird. Man kann mit Hilfe unterschiedlicher Algorithmen bei diesem Korrelationsverfahren arbeiten. Der hier gewählte Algorithmus liefert als Ergebnis einen Korrelationsfaktor, der, wenn keine Korrelation gefunden werden kann, Null oder negativ ist, und im Fall einer vorhandenen Korrelation positiv ist. Die maximale Korrelation liegt vor, wenn eine Korrelationskurve oder ein Korrelationssignal ein Maximum einnimmt.
Im vorliegenden Fall wird das an sich kontinuierliche Meßsignal in gewissen Intervallen abgetastet. Das abgetastete Meßsignal wird in der elektronischen Einrichtung mit dem gespeicherten Referenzsignal verglichen oder korreliert. Das Korrelationssignal hat ein Maximum, wenn das Meßsignal in größtmöglichem Maß dem Referenzsignal entspricht. Aufgrund der Länge des Referenzbereichs ist der obere Bereich des Korrelationssignals gegenüber dem Meßsignal zeitlich versetzt. Die Lage des Maximums liefert den Abstand zu der Mitte der Faltenlinie, gezählt in der Anzahl von Abtastungen.
Das Erscheinungsbild eines Meßsignals oder eines Faltensignals 12 und eines Korrelationssignals 13, zeitlich demgegenüber versetzt, ist graphisch in Fig. 5 dargestellt. In einer praktischen Ausführungsform liefert ein mit der Verpackungsmaterialbahn 1 gekoppeltes Meßrad Impulse oder Abtastimpulse an die elektronische Einrichtung. Die Vorschublänge zwischen den Impulsen wird auf 80 um festgelegt (kann aber beliebig variiert werden), was eine Entfernung zwischen der Mitte der realen Faltenlinie in der Verpackungsmaterialbahn 1 und dem aus einem Signalprozessor kommenden Signal für die Faltenlinie von 2,88 mm ergibt.
Es wurde früher bereits gesagt, daß die Signalbehandlung in jeder elektronischen Einrichtung vorgenommen werden kann, wobei der Fachmann zahlreiche unterschiedliche Lösungen auffinden kann. Ein Beispiel eines Blockdiagramms, welches sich für diesen Zweck eignet, ist in Fig. 6 dargestellt.
Die Signale von jedem der beiden Photodetektoren 5 werden einer S/H- Einheit 14 (Abtast- und Halteeinheit) zugeführt, dann einem gemeinsamen Multiplexer 15 und einem Analog/Digital-Wandler 16, schließlich einem digitalen Signalprozessor 17. Die Impulse 18 von dem Meßrad an der Verpackungsmaterialbahn werden ebenfalls dieser Einheit 17 zugeführt. Ein RAM 19, ein Oszillator 20 und ein EPROM 21 sind ebenfalls an dieser Einheit 17 angeschlossen. Von der Einheit 17 wird ein Falten-Lesesignal 22 abgegeben.
In Fig. 7 bedeutet das Bezugszeichen 30 eine Verpackungsmaterialbahn, die eine Bewegung in Pfeilrichtung 31 in nicht beschriebener Weise ausführt. Die Verpackungsmaterialbahn 30 besitzt eine Längs-Faltenlinie 32, deren Stelle oder Lage in Querrichtung mit hoher Genauigkeit bestimmt werden soll. Es wird auf die obige Beschreibung bezüglichen Information über die Beschaffenheit der Verpackungsmaterialbahn und der Faltenlinie Bezug genommen.
Eine Leuchtdiode 33 oder eine ähnliche Lichtquelle lenkt ihr Licht durch eine Linse 34 (oder eine Linsengruppe) - um einen Lichtstrahl-Schlitz zu bilden - auf einen Spiegel 35, der gemäß Pfeil 36 eine hochfrequente oszillierende Bewegung ausführt, beispielsweise mit einigen kHz, so daß ein gewisser Bereich der Verpackungsmaterialbahn 30 von dem Lichtstrahlbündel durch eine rasch oszillierende Bewegung überstrichen wird.
Das von der Verpackungsmaterialbahn 30 mit deren Faltenlinie 32 reflektierte Licht wird mit Hilfe zweier Photodetektoren oder Photodioden 37 erfaßt, denen das Licht mittels Prismen 38 und Linsen 39 zugeführt und gebündelt wird. Die Sensoren bestehen aus den Photodetektoren 37, Prismen 38 und Linsen 39, die in Querrichtung der Verpackungsmaterialbahn angeordnet sind.
Die von den Photodetektoren 37 kommenden Signale werden ähnlich, wie dies in Verbindung mit Fig. 1 bis 6 erläutert wurde, elektronisch behandelt.
Es läßt sich feststellen, daß bei Ausführungsformen entsprechend den, in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen für das Erfassen von Quer-Faltenlinien Prismen eingesetzt werden können.
Eine alternative Ausführungsform zum Erfassen einer Längs-Faltenlinie ist in den Fig. 8 und 10 dargestellt, die gemeinsam zu betrachten sind und zwei Arbeitszustände veranschaulichen. Ein Verpackungsmaterialstreifen 40 bewegt sich in Pfeilrichtung 41 auf nicht näher beschriebene Weise. Die Verpackungsmaterialbahn 40 besitzt eine Längs-Faltenlinie 42, deren Lage in Querrichtung mit hoher Genauigkeit ermittelt werden soll. Erneut wird auf die obige Beschreibung bezüglich Information über die Beschaffenheit der Verpackungsmaterialbahn und der Faltenlinie Bezug genommen.
Im Gegensatz zu sämtlichen früheren Ausführungsformen, bei denen das Licht senkrecht gegen die Verpackungsmaterialbahn geworfen wird, wird das Licht hier schräg gegen die Verpackungsmaterialbahn 40 aus zwei Richtungen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bahn gelenkt. In Fig. 8 wird Licht aus einer (nicht gezeigten) Lichtquelle, vorzugsweise Leuchtdioden, von links schräg gegen den Bereich der Faltenlinie 42 gelenkt, während in Fig. 10 Licht 43B aus einer entsprechenden Lichtquelle schräg von rechts gegen der gleichen Bereich gelenkt wird. Die Einfallwinkel gegenüber dem Papier können etwa 50º betragen. Licht aus zwei Richtungen kann mit hoher Frequenz wechseln, beispielsweise mit einigen kHz.
Die Lichtfelder 44A und 44B, die auf der Verpackungsmaterialbahn 40 erzeugt werden, haben vorzugsweise die Form eines Schlitzes oder von, Ellipsen in Querrichtung der Bahn, mithin quer zu der Längs-Faltenlinie 42. Die Länge des Schlitzes soll die Breite der Faltenlinie und einen Bereich außerhalb davon, das heißt einen sogenannten "Abtastbereich" abdecken. In der Praxis kann die Schlitzlänge etwa 30 mm betragen.
Ein reflektiertes Bild der Lichtfelder 44A und 44B wird abwechselnd durch eine Linse 45 (das heißt in der Praxis durch eine Linsengruppe) auf einen Photodetektor 46 gelenkt. Dieser Photodetektor kann eine Detektormatrix sein, vorzugsweise mit direkt auf dem Chip ausgebildeter Signalverarbeitungsmöglichkeit. Man kann auch ein übliches CCD-Array verwenden.
Das von dem Photodetektor 46 kommende Signal oder "Bild" bei Licht von links in Fig. 8 kann das in Fig. 9 dargestellte Erscheinungsbild haben, während das entsprechende Signal bei Licht von rechts gemäß Figur das in Fig. 11 dargestellte Erscheinungsbild haben kann. Durch Subtrahieren des erstgenannten Signals von letzterem läßt sich ein Differenzsignal bilden, das beispielsweise die in Fig. 12 dargestellte Form hat.
Um die Stelle der Faltenlinie 42 zu ermitteln, wird nun das gleiche Korrelationsverfahren verwendet, wie es oben für die Quer-Faltenlinie erläutert wurde.
In diesem Zusammenhang sollte angemerkt werden, daß die Elektronik für die Quer-Faltenlinie ebenso wie für eine Längs-Faltenlinie eine "Selbstlern"-Funktion aufweisen kann, was besagt, daß Faltensignale, die nacheinander zugeführt werden, auf das ursprüngliche Referenzsignal aufaddiert werden, so daß letzteres hierdurch allmählich ein zunehmend besseres Abbild der tatsächlichen Faltensignale ergibt.
Bei der in den Fig. 8 und 10 dargestellten Ausführungsform wird Licht abwechselnd mit hoher Frequenz von links und von rechts zugeführt. Als Alternative ist es möglich, zwei Anordnungen eng nebeneinander entlang der Faltenlinie vorzusehen, von denen die eine Anordnung ein Signal entsprechend dem von links einfallenden Licht und die andere Anordnung ein Signal entsprechend dem von rechts einfallenden Licht liefert. Hierdurch können die Lichtquellen andauernd Licht senden.
Die in Verbindung mit Fig. 7 bis 12 beschriebenen Ausführungsformen zum Erfassen einer Längs-Faltenlinie können in relevanten Teilen auch als Alternativen für die Ausführungsformen hergenommen werden, die in Verbindung mit den Fig. 1 bis 4 zum Erfassen einer Quer-Faltenlinie beschrieben wurden.
Die Menge Licht, die von den Photodetektoren der Vorrichtungen reflektiert wird, wird bestimmt durch:
- die Absorption
- den Brechungsindex
- die Oberflächen-Topographie
- den Glanz (das heißt den Mikro-Topographie-Parameter) der Verpackungsmaterialbahn oder der Oberfläche.
Ist das Material transparent, so haben auch die optischen Eigenschaften der Unterseite Auswirkungen.
Das Verfahren zum Erfassen der Stelle der Faltenlinie gemäß der Erfindung minimiert den Einfluß von Änderungen der Absorption, des Brechungsindex, der Mikro-Topographie und des Glanzes ebenso wie Änderungen in der Topographie entlang der Faltenlinie. Lediglich Topographieänderungen quer zu der Faltenlinie, das heißt die Form der Faltenlinie selbst, hat vollen Einfluß auf das Signal.
Die Endform einer Verpackung ist gekennzeichnet durch Faltkerben, die in dem Verpackungsmaterial erzeugt wurden, daß heißt Faltlinien. Wird ein Faltungsmuster als Stellungs-Referenz beim Schneiden, Applizieren und anderen Vorgängen verwendet, so läßt sich das Positionieren dieser Vorgänge mit höherer Genauigkeit ausführen. Auf diese Weise verringert sich Ausschuß, und die Schwankung in Funktion und Erscheinungsbild der Packungen verringert sich.

Claims

1. Verfahren zum Erfassen der Stelle einer Faltenlinie (2; 32; 42) oder einer ähnlichen Prägung einer sich bewegenden Verpackungsmaterialbahn (1; 30; 40) oder dergleichen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Licht (5'), von der Verpackungsmaterialbahn (1; 30; 40) und der Faltenlinie (2; 32; 42) reflektiert und von mindestens einem Lichtbündel (3'; 43A, 43B) stammend, das schräg zu dem reflektierten Licht gegen die Bahn gerichtet wird, wird mit Hilfe von mindestens einem Photodetektor (5; 37; 46) empfangen, der jeweils ein elektrisches Signal oder ein Bild der Verpackungsmaterialbahn und der Faltenlinie erzeugt,

zwei elektrische Signale, erzeugt durch Licht aus zwei Richtungen, werden zu einem Meßsignal (12) vereint, welches in einem elektronischen Signalprozessor (17) mit einem Referenzsignal verglichen wird, welches in dem Prozessor gespeichert ist und repräsentativ ist für eine Referenz-Faltenlinie, und

eine Faltenlinie (2; 32; 42) wird dann angezeigt, wenn der Wert eines Korrelationssignals (13), welches auf einer Berechnung der Gleichförmigkeit zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal beruht, ein Maximum hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Erfassen der Stelle einer Quer-Faltenlinie (2), dadurch gekennzeichnet, daß das von der Verpackungsmaterialbahn (1) reflektierte Licht (5') von einem Lichtbündel (3') stammt, das etwa rechtwinklig gegen die Bahn gerichtet wird, und das von Photodetektoren (5) aus zwei Richtungen quer zu der Faltenlinie (2) und unter einem relativ großen Winkel zu dem gegen die Bahn gerichteten Lichtbündel empfangen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zum Erfassen der Stelle einer Quer-Faltenlinie (2), dadurch gekennzeichnet, daß das von der Verpackungsmaterialbahn (1) reflektierte Licht von zwei Lichtbündeln quer zu der Faltenlinie stammt und von einem Photodetektor empfangen wird, der im wesentlichen direkt über der Faltenlinie (2) angeordnet ist, wobei die Lichtbündel einen relativ großen Winkel bezüglich der Normalen auf der Verpackungsmaterialbahn bilden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 zum Erfassen der Stelle einer Längs- Faltenlinie (32), dadurch gekennzeichnet, daß das von der Verpackungsmaterialbahn (30) reflektierte Licht von einem oszillierenden Lichtbündel stammt, welches etwa rechtwinklig zu der Bahn gerichtet ist, und mittels Photodetektoren aus zwei Richtungen quer zu der Faltenlinie (32) und unter einem relativ großen Winkel bezüglich des auf die Bahn gerichteten Lichtbündels empfangen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 zum Erfassen der Stelle einer Längs- Faltenlinie (42), dadurch gekennzeichnet, daß das von der Verpackungsmaterialbahn (40) reflektierte Licht von zwei Lichtbündeln (43A, 43B) quer zu der Faltenlinie stammt und empfangen wird von einem Photodetektor (46), der im wesentlichen direkt oberhalb der Faltenlinie (42) angeordnet ist, wobei die Lichtbündel einen relativ großen Winkel bezüglich der Normalen auf der Verpackungsmaterialbahn bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das rechtwinklig auf die Bahn (2) gelenkte Lichtbündel (3') von einem Laser (3) erzeugt wird und die Form eines Schlitzes in Querrichtung der Bahn (1) erhalten hat, wobei der Winkel zwischen dem ankommenden Lichtbündel und dem von jedem Photodetektor (5) empfangenen Lichtbündel 30º übersteigt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal (12) als Quotient zwischen der Differenz zwischen den elektrischen Signalen aus den zwei Photodetektoren (5; 37; 40) und der Summe der Signale gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal (12) mit einer gewissen Transportlänge der Verpackungsmaterialbahn (1; 30; 40) als Basis abgetastet wird.

9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Erfassen der Stelle einer Faltenlinie (2; 32; 42) oder einer ähnlichen Prägung in einer sich bewegenden Verpackungsmaterialbahn (1; 30; 40) oder dergleichen, gekennzeichnet durch

mindestens eine Lichtquelle (3; 33) zum Lenken eines Lichtbündels (3'; 43A, 43B) auf die Bahn (1; 30; 40),

mindestens einen Photodetektor (5; 37; 46) zum Empfangen von Licht (5'), das von der Verpackungsmaterialbahn reflektiert wurde, aus zwei Richtungen quer zu der Faltenlinie und unter einem relativ großen Winkel von beispielsweise 60º bezüglich des auf die Bahn gerichteten Lichtbündels, und

einen elektronischen Signalprozessor (17), in welchem ein Meßsignal (12), gebildet durch Vereinen zweier elektrischer Signale aus dem mindestens einen Photodetektor (5; 37; 46), verglichen wird mit einem Referenzsignal, das in dem Prozessor gespeichert ist und repräsentativ ist für eine Referenz-Faltenlinie, und in welchem ein Korrelationssignal (13) zu berechnen ist, welches kennzeichnend ist für die Konformität zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal, und dessen Maximum eine Anzeige für eine Faltenlinie (2) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9 zum Erfassen der Stelle einer Quer- Faltenlinie (2), gekennzeichnet durch

eine Lichtquelle (3) zum Lenken eines Lichtbündels (3') etwa senkrecht auf die Verpackungsmaterialbahn (1), und

zwei Photodetektoren (5) zum Empfangen von Licht, das von der Bahn reflektiert wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 zum Erfassen der Stelle einer Quer- Faltenlinie (2), gekennzeichnet durch

zwei Lichtquellen zum Lenken von Lichtbündeln gegen die Verpackungsmaterialbahn (1) aus zwei Richtungen quer zu der Faltenlinie (2) und

mindestens einen Photodetektor, der etwa direkt oberhalb der Faltenlinie angeordnet ist, um von der Bahn dieses Licht zu empfangen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen so angeordnet sind, daß sie abwechselnd mit hoher Frequenz Lichtbündel für den Empfang durch einen gemeinsamen Photodetektor abgeben.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen so angeordnet sind, daß sie kontinuierliche Lichtbündel für den Empfang durch zwei eng nebeneinander angeordnete Photodetektoren abgeben.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9 zum Erfassen der Stelle einer Längs- Faltenlinie (32), gekennzeichnet durch

eine Lichtquelle (33), die auf einen Spiegel (35) gerichtet ist, der eine oszillierende Bewegung mit hoher Frequenz ausübt, um einen über die Faltenlinie (32) streichenden Lichtschlitz etwa senkrecht auf die Verpackungsmaterialbahn (30) zu richten, und

zwei Photodetektoren (37) zum Empfangen von Licht, das von der Bahn reflektiert wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9 zum Erfassen der Stelle einer Längs- Faltenlinie (42), gekennzeichnet durch

zwei Lichtquellen zum Lenken von Lichtbündeln (43A, 43B) auf die Verpackungsmaterialbahn (40) aus zwei Richtungen quer zu der Faltenlinie (42) und

mindestens einen Photodetektor (46), der im wesentlichen direkt über der Faltenlinie angeordnet ist, um von der Bahn reflektiertes Licht zu empfangen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen so angeordnet sind, daß sie Lichtbündel (43A, 43B) abwechselnd mit hoher Frequenz für den Empfang durch einen gemeinsamen Photodetektor (46) emittieren.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen so angeordnet sind, daß sie kontinuierliche Lichtbündel für den Empfang durch zwei eng nebeneinander angeordnete Photodetektoren emittieren.

18. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser oder eine Leuchtdiode (3; 33) ist.