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Vorrichtung zum photoelektrischen Abtasten von Markierungen, insbesondere
auf laufenden Papierbahnen von Druckmaschinen
Zum photoelektrischen Abtasten von
Markierungen auf laufenden Papierbahnen zum Zwecke der Steuerung des Laufes der
Bahn oder auf sie einwirkender Teile werden sogenannte Abtastköpfe benutzt, die
in unmittelbarer Nähe der Papierbahn angebracht werden müssen. Das bedingt in fast
allen Fällen, daß diese Abtastköpfe innerhalb des Raumes der Maschine anzuordnen
sind. Es ist stets notwendig, daß die Abtastköpfe genau auf die Markierungen eingestellt
werden, und wenn sie sich innerhalb der Maschine befinden, ist die hierfür erforderliche
Bedienung vielfach erschwert. Abgesehen davon beanspruchen die Abtastköpfe einen
verhältnismäßig großen Raum, denn in ihnen ist nicht nur die Photozelle, die auf
die Markierung reagiert, unterzubringen, sondern fast stets noch eine Lichtquelle
und noch eine dazugehörige Optik, die einen Lichtfleck auf die Papierbahn wirft.
Vielfach werden auch noch elektrische Einrichtungen innerhalb des Abtastkopfes angeordnet,
weil die außerordentlich geringen, von der Photozelle ausgehenden und für den Abtastvorgang
maßgebenden Stromschwankungen eine unmittelbare Weiterleitung ohne vorherige Verstärkung
nicht zulassen, ohne daß Unregelmäßigkeiten vorkommen. In vielen Fällen steht aber
für größere Abtastköpfe nicht genügend Raum zur Verfügung, so daß die Unterbringung
entsprechend großer Abtastköpfe schwierig ist. Schließlich
kommt
es noch vor, daß derjenige Teil der Maschine, in dem die Abtastköpfe untergebracht
werden müssen, eingekapselt ist. Namentlich bei Druclcmaschinen ist das bisweilen
der Fall. Die genaue Einstellung der Abtastköpfe auf die Markierungen ist in solchen
Fällen kaum durchzuführen.
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Die Erfindung vermeidet alle diese Schwierigkeiten, indem sie eine
namentlich in bezug auf den Raumbedarf innerhalb der Maschine äußerst günstige Anordnung
der gesamten Abtasteinrichtung ermöglicht und gleichzeitig die Bedienung wesentlich
vereinfacht. Das geschieht dadurch, daß bei einer Vorrichtung zum photoelektrischen
Abtasten von Markierungen mit entfernt von der Abtaststelle fest angebrachter Photozelle
und Strahlenfibertragung durch ein optisches System erfindungsgemäß für das Abtasten
laufender Papierbahnen in Druckmaschinen das der Abtaststelle zugeordnete optische
System teleskopartig quer zur Papierbahn verschieblich ist.
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Für das photoelektrische Abtasten von Markierungen auf laufenden
Bahnen in Buchungsmaschinen ist es bekannt, die Strahlenübertragung von der Abtaststelle
zu den Photozellen durch ein optisches System vorzunehmen. Eine Verstellung der
Abtaststelle gegenüber den Photozellen ist aber hierbei weder vorgesehen noch möglich,
vielmehr bilden diese Teile ein zusammenhängendes Aggregat, das sich innerhalb einer
Druckmaschine noch schwieriger unterbringen ließe als die üblichen Abtastköpfe.
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Eine Trennung von Abtaststelle und Photozelle unter Zwischenschaltung
einer Optik ist auch bei Geräten zur photoelektrischen Messung der Lage eines Striches
einer Gradteilung und solchen zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Schaltvorgängen
bekanntgeworden. Auch bei diesen Geräten ist eine Verstellung zwischen Abtaststelle
und Photozelle nicht möglich, und sie sind ebenfalls wegen ihrer Größe für die Benutzung
als Abtastkopf an Druckmaschinen ungeeignet.
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Von der Verschiebung eines optischen Systems in Richtung des Strahlenganges
wird bei optischen Instrumenten, insbesondere bei sogenannten Meßmaschinen, vielfach
Gebrauch gemacht. Für die photoelektrische Abtastung oder für ähnliche Zwecke ist
diese Möglichkeit einer Verstellung innerhalb des Systems noch nicht benutzt worden,
obgleich sie den Vorteil bietet, daß die Photozelle den vielfach notwendigen Verlegungen
der Abtaststelle nicht zu folgen braucht, sondern fest an einer Stelle untergebracht
werden kann, die von außen leicht zugänglich ist.
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Die Strahlenübertragung mittels einer verschiebbaren Optik kann in
weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ebenso für die zur Ausleuchtung der
Abtaststelle dienenden Lichtstrahlen angewendet werden. Auch die Lichtquelle wird
in diesem Fall von der Abtaststelle entfernt, und zwar zweclimäßigerweise nahe der
Photozelle, angebracht, wobei ihre Lichtstrahlen in gleicher Weise mittels einer
optischen Einrichtung auf die Abtaststelle geworfen und in ihr konzentriert werden.
Dadurch wird erreicht, daß alle Teile der Abtasteinrichtung, die einen größeren
Raum beanspruchen, außerhalb des eigentlichen Maschinenraumes angebracht werden
können. Innerhalb des Maschinenraumes befinden sich dann im wesentlichen nur optische
Teile, die einen verhältnismäßig kleinen Platzbedarf haben.
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Wird, wie vielfach üblich, ein Teil des Verstärkergerätes in unmittelbarer
Nähe der Photozelle untergebracht, dann bietet die Anordnung gemäß der Erfindung
den besonderen Vorteil, daß sich dieses Gerät wie auch alle sonstigen empfindlichen
Teile der Abtasteinrichtung an einer leicht zugänglichen Stelle befinden. Von dieseer
Stelle aus wird auch zweckmäßigerweise das an der Abtaststelle befindliche optische
System eingestellt. Damit gleichzeitig auch die genaue Lage des von der Lichtquelle
auf die Bahn geworfenen Lichtfleckes beobachtet werden kann, ist es zweckmäßig,
eine zusätzliche optische Einrichtung vorzusehen, die gleichfalls verschiebbar ist
und die Strahlen bei Beobachtung von außen her auf die Abtaststelle umlenkt. Der
optische Teil dieser Beobachtungseinrichtung ist also im Prinzip in gleicher Weise
auszubilden wie die optische Einrichtung, die die Strahlen der Lichtquelle auf die
Abtaststelle lenkt.
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Das von der Lichtquelle beleuchtete Bild der an der Abtaststelle
vorbeilaufenden Markierungen wird von einem aus Linsen und Prisma bestehenden optischen
System aufgenommen, die es in parallel gerichteten Strahlen entweder unmittelbar
auf die Photozelle wirft oder mittelbar über ein der Photozelle vorgeschaltetes
weiteres Linsensystem d Strahlen auf sie überträgt. Das der Abtaststelle vorgeschaltete
Linsensystem, das die Lichtstrahlen auf die Markierungen wirft, kann zusammen mit
dem das Bild der Markierungsstelle übernehmenden Linsensystem in einem gemeinsamen
Halter od. dgl. befestigt sein, der in Richtung des parallelen Strahlenganges verschiebbar
ist.
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Die erwähnten Strahlen können entweder frei zwischen Lichtquelle
und Abtaststelle und zwischen dieser und der Photozelle verlaufen, oder sie können
innerhalb getrennter Rohre oder eines gemeinsamen Rohres geführt werden. In diesem
Falle ist es zweckmäßig, teleskopartig ausziehbare Rohre zu benutzen, an deren ausziehbarem
Teil das der Abtaststelle zugeordnete Linsensystem angebracht ist. Es ist jedoch
auch möglich, die von der Lichtquelle zur Abtaststelle laufenden Strahlen und die
von dort auf die Photozelle geworfenen Strahlen entweder durch je ein getrenntes
oder durch ein gemeinsames Rohr zu führen. Dieses einfache oder Doppelrohr ist fest
an der Maschine angeordnet, und in seinem Innern ist das der Abtaststelle zugeordnete
Linsensystem verschiebbar gelagert. Damit die Strahlen aus dem Innern des Rohres
auf die Markierungen des Rohres fallen und damit das Bild der Markierungen auf die
Photozelle geworfen werden kann, sind Längsschlitze innerhalb des einfachen oder
Doppelrohres anzubringen, die einen Durchtritt der Strahlen in jeder Stellung des
Linsensystems zulassen.
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Da die Strahlen zwischen der Lichtquelle bzw. der Photozelle und
der Abtaststelle im allgemeinen parallel zur Ebene der Papierbahn laufen, werden
sie
unmittelbar über der Abtaststelle durch Spiegel, Prismen od. dgl. umgelenkt.
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Ein Ausführungsbeispiel derjenigen Art, bei der die Strahlen in getrennten
Rohren geführt werden, ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigt
Abb. I den Strahlengang zwischen Lichtquelle und Abtaststelle, Abb. 2 den Strahlengang
zwischen dieser und der Photozelle und Abb. 3 die Lage dieser beiden Strahlengänge
zueinander.
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In der Zeichnung ist angenommen, daß die Markierungen einer Papierbahn
abgetastet werden sollen, die durch eine Druckmaschine läuft. In einer Öffnung des
MaschinengestellsI ist ein Kasten 2 befestigt, in dem sich eine Lichtquelle 3 befindet.
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Die Strahlen dieser Lichtquelle fallen auf ein optisches System, das
durch die Linsen 4 und 5 angedeutet ist. Es bewirkt, daß die Strahlen aus diesem
Linsensystem in Form eines parallelen Strahlenbündels austreten. Sie laufen dabei
durch ein an das Maschinengestell befestigtes Rohr 6, in dem ein weiteres Rohr 7
steckt, das innerhalb des Rohres 6 verschiebbar ist.
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Am Ende dieses Rohres ist eine Linse 8 und ein Prismag befestigt.
Sie bewirken, daß das auf die Linse 8 fallende parallele Strahlenbündel gesammelt
und unmittelbar dahinter um go0 umgelenkt wird.
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Es fällt dabei auf die Papierbahn IO, die beispielsweise über eine
innerhalb der Maschine gelagerte Walze 11 geführt wird. Auf dieser Papierbahn befinden
sich die Markierungen, die abgetastet werden sollen, und das Rohr 7 ist innerhalb
des Rohres 6 so zu verschieben, daß die von dem Prisma g umgelenkten Strahlen genau
auf die darunter vorbeilaufenden Markierungen treffen. Die Entfernung zwischen der
Linse8 und derPapierbahn entspricht unterBerücksichtigung der durch das Prisma hervorgerufenen
Umlenkung etwa der Brennweite dieser Linse.
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Es ist in vielen Fällen zweckmäßig, den Lichtfleck, der von der Lichtquelle
aus auf die Papierbahn geworfen wird, in bestimmter Weise zu begrenzen, d. h. ihm
eine bestimmte Form zu geben. Insbesondere ist es erwünscht, diesem Lichtfleck eine
rechteckige Form von geringer Länge und außerordentlich geringer Breite zu geben.
Zu diesem Zweck wird innerhalb des Strahlenganges eine Spaltblende eingeschaltet.
Vorzugsweise ist diese Spaltblende zwischen den Linsen 4 und 5 anzuordnen.
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Der auf die Papierbahn geworfene Lichtstrahl wird von dieser reflektiert
und soll die Photozelle I2, die ebenfalls innerhalb des Kastens 2 untergebracht
ist, beeinflussen. Deshalb fällt das von dem Prisma 9 umgelenkte Strahlenbündel
nicht senkrecht auf die Papierbahn, sondern, wie Abb. 3 zeigt, unter einem Winkel.
Die Strahlen werden unter dem gleichen Winkel reflektiert und gelangen dabei zunächst
zu dem Prisma I3, wo sie ebenfalls um go0 umgelenkt werden, um dann auf die Linse
14 zu fallen. Hierin werden sie so gebrochen, daß sie in Form eines parallelen Strahlenbündels
innerhalb des ausziehbaren Rohres 15 und des festen Rohres I6 weiterlaufen und entweder
unmittelbar auf die Photozelle I2 fallen oder vorher durch eine Linse 17 gesammelt
werden, um anschließend auf die Photozelle geworfen zu werden. Die beiden Rohre
7 und I5 können durch ein Verbindungsstück I8 miteinander befestigt werden. Darin
kann eine mit Gewinde versehene Bohrung angebracht werden, durch die eine Gewindespindel
19 geschraubt wird, so daß durch Drehen dieser Spindel von außen her die Rohre 7
und 15 gemeinsam in Längsrichtung verschoben werden können.
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Die Beeinflussung der Photozelle 12 durch die Markierungen kommen
dadurch zustande, daß die reflektierten und auf die Photozelle geworfenen Strahlen
ihre Intensität ändern. Befindet sich beispielsweise an der Abtaststelle ein unbedruckter
Teil der Papierbahn, dann ist die Intensität der auf die Photozelle geworfenen Strahlen
verhältnismäßig groß, namentlich dann, wenn die Papierbahn weiß oder nahezu weiß
ist. Befindet sich dagegen eine Marke20 an dieser Stelle, wie es in Abb. 3 dargestellt
ist, dann wird nur ein geringerer Teil der Lichtstrahlen auf die Photozelle reflektiert,
und die Intensität hängt von der Farbe der Markierung ab.
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Die Wirkung auf die Photozelle ist außerdem von der Farbempfindlichkeit
der Photozelle abhängig, die bekanntlich auf verschiedene Farben stärker, auf andere
Farben weniger reagiert.
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Es ist wesentlich, daß die optischen Teile, nachdem sie auf die Markierung
eingestellt sind, starr festgehalten werden. Deshalb ist es ratsam, die Linse 8
und das Prisma g und die Linse 14 und das Prisma I3 auch dann in einem gemeinsamen
Halter od. dgl. zu führen, wenn auf die Rohre 6 und 7 bzw.
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I5 und I6 verzichtet wird und die parallelen Strahlenbündel frei im
Inneren der Maschine verlaufen.
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Dieser Halter kann beispielsweise an einer quer durch die Maschine
laufenden Stange oder an einer Traverse verschiebbar in der Weise angeordnet werden,
daß er von außen her verschoben werden kann, nach seiner Einstellung jedoch vollkommen
festliegt. Dasselbe ist auch zu beachten, wenn die erwähnten Linsen und Prismen
innerhalb eines oder mehrerer fester Rohre angeordnet sind, wobei es insbesondere
bei größererEntfernung zwischen dem Kasten 2 und der Abtaststelle empfehlenswert
ist, das bzw. die Rohre beiderseits an je einer Maschinenwand zu befestigen.
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Damit von der Intensität der Strahlen sowohl zwischen Lichtquelle
und Abtaststelle als auch zwischen dieser und der Photozelle möglichst wenig verlorengeht,
dürfte es in vielen Fällen zweckmäßig sein, an Stelle der in der Zeichnung schematisch
dargestellten einfachen Linsen Linsensysteme zu benutzen, die eine wesentlich höhere
Wirkung auf die Photozelle gewährleisten. Es dürfte sich außerdem empfehlen die
beiden parallelen Strahlenbündel in den Fällen, in denen sie nicht innerhalb von
Rohren oder innerhalb eines gemeinsamen Rohres verlaufen, durch eine Trennwand voneinander
abzuschirmen. Ebenso ist es angebracht, innerhalb des Kastens 2 eine Trennwand zwischen
der Lichtquelle 3 und der Photozelle I2 vorzusehen.
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Die Markierungen auf Papierbahnen befinden sich meistens an oder
nahe dem Rand. Soweit es möglich ist, denjenigen Rand zu benutzen, der dem Kasten
2 zugekehrt ist, sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Optik und der Lagerung
des verschiebbaren Teiles der Optik nicht sehr hoch.
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Wesentlich größere Genauigkeiten in dieser Beziehung verlangt die
Einrichtung dann, wenn sich die Markierungen an der entgegengesetzten Kante der
Papierbahn befinden. Bei manchen Systemen ist es auch erforderlich, daß Markierungen
sowohl auf der einen als auch auf der anderen Kante der Papierbahn abgetastet werden
müssen. In solchen Fällen ist eine Doppelabtasteinrichtung anzubringen, deren beide
Teile je nach der Laufrichtung der Papier-Iahn unmittelbar neben- oder übereinanderliegen.