EP2110355A1 - Device for optical recording of the lateral location of features on moving material sheets and method for operating this device - Google Patents
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- EP2110355A1 EP2110355A1 EP08007671A EP08007671A EP2110355A1 EP 2110355 A1 EP2110355 A1 EP 2110355A1 EP 08007671 A EP08007671 A EP 08007671A EP 08007671 A EP08007671 A EP 08007671A EP 2110355 A1 EP2110355 A1 EP 2110355A1
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Definitions
- the invention relates to a device for the optical detection of features on moving webs of material and a method in the operation of this device.
- Devices of this type are used in industry to control the lateral position of moving webs of material so that the detected feature of the web is maintained at a desired lateral position, even when interfering influences on the web. Control circuits that perform this task are known and often described. An early form is in the patent US 3 431 425 (1969 ).
- control circuits In order to meet the increasing demands of the processing industry, these control circuits have been developed over time.
- the optical sensor for detecting the control feature was the goal of continuous development in order to use difficult to detect features for lateral material web control.
- Features in the sense considered here can be given in the case of printed material webs through parts of a printed image, but also color differences in the material web itself or partial coatings of the web surface should often be used as a feature to regulate the position of the web.
- This type of optical sensor usually includes one or more light sources, one or more photosensitive receiving elements, light beam forming elements such as lenses, apertures and mirrors and electronic elements for processing the output signals of the photosensitive receiving elements. If necessary, keys and display elements for the operation of the sensor can still be present.
- photosensitive receiving elements integrated CMOS or CCD circuits are nowadays used, in which a plurality of these receiving elements are combined on a semiconductor crystal and which are preferably arranged in rows for the object under consideration here. Together with the imaging optical elements of such a sensor, this results in a line-shaped scanning region on the surface of the material web which is preferably arranged orthogonal to the direction of movement of the material web.
- the features to be recorded can, as already in U.S. 3,431,425 specified, linear features or recurring patterns such as bar codes, which are often printed on packaging material. Other, clearly recognizable patterns can also be used as a control feature with the methods of image processing available today.
- the edge of the web itself can give a corresponding contrast to the surface of a supporting roll and then be used as a feature for position control.
- Gloss differences of the kind considered can also arise, for example, at the border between glossy coating and uncoated, non-glossy material surface. The same can also be caused by partial mechanical surface treatment or other forms of surface treatment. It is also possible that the edge of a glossy, transparent material surface should be used for position regulation, in contrast to a not less shiny back-up roller or against another background.
- a recurring task is to use color characteristics of the material web for position control at one and the same point in a system for a production process and gloss features for another production process.
- the invention is based on the object of providing an optical combination sensor which can be switched over in order to scan color features, even if they lie under a transparent glossy coating, and on the other hand can be used to reliably detect features which are in the form of gloss differences the surface of a material web are present, even if they are applied to light substrates or printed material webs.
- the second illumination device to be used for detecting gloss features is formed by a point source as light as possible and an optical condenser.
- point light source is a single-color LED in question, since on the one hand, the light-emitting surface of such a light-emitting diode is very small and thus the punctiform light source is approximated in a very good manner and on the other hand, because in the light reflection on shiny surfaces, the light color (wavelength) plays a subordinate role.
- Another possibility is the use of a diaphragm with a correspondingly small light exit opening.
- the maximum diameter of the light emitting diode or a diaphragm depends on the minimum required resolution on the receiver side and the parameters of the light guide.
- a specific requirement for the resolution results from a size of the photosensitive receiving elements of 12.5 ⁇ m and for a length of the detection range (extension perpendicular to the running direction of the material). of 30 mm and a required resolution of about 125 lines a maximum diameter of the light source of 1 mm.
- the optical geometry namely the distance between the punctiform light source and the condenser (to be considered as a preferred example of the focusing optics)
- the focal length of the condenser lens (s) and the sum of the distances between the condenser and the detection area and between the detection area and the lens Imaging system is selected according to claim 1, then it is ensured that all reflected in the detection range of the material web rays also reach the receiving elements.
- Fig. 1 only by way of example and not to scale shown in three views section of a material web to be scanned consists of running in the direction of the arrow material web 1, on which are shown as obliquely hatched squares pattern 3 printed. Other areas are provided with a transparent glossy coating 5, said shaded areas in the running direction partially overlap with the patterns 3. Furthermore, marked with 7 of the detection area on the web, which is evaluated cyclically repeated by the optical sensor. Depending on the web speed, the various combinations of print image and gloss coating run through the detection area.
- Fig. 2 shows schematically the components of a device according to the invention.
- an optical imaging system which consists of an objective 14 and receiving elements 16, wherein the objective 14 images the image of the material web in the detection region 7 onto the receiving elements 16.
- the imaging system is inclined to the normal to the web 1; his ray of sight closes with this one angle ⁇ .
- first illumination device 20 which lies on the same side as the imaging system and whose light beams impinge at a smaller angle ⁇ . Insofar as specular reflection takes place in the detection area, the rays reflected at the same angle ⁇ go far past the objective 10 of the optical imaging system.
- This first illumination device 20 is used primarily for scanning color features. Only rays of diffuse reflection accordingly 3 c can reach the lens 14.
- the illumination device 20 is composed of a plurality of light elements, which have different light colors and can be switched on and off individually.
- light emitting diodes which emit light of different wavelengths are used for this purpose.
- light-emitting diodes with the colors red, green and blue are used.
- different colored LEDs are added as needed, for example, light emitting diodes in the infrared range or in the UV range light.
- a second illumination device consists of a point light source 10 and a focusing optics 12 and is relative to the normal to the web 1 on the other side at the angle ⁇ , so that their rays are directed at the lens 14 in specular reflection.
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Erfassung von Merkmalen auf laufenden Materialbahnen und ein Verfahren beim Betrieb dieser Vorrichtung.The invention relates to a device for the optical detection of features on moving webs of material and a method in the operation of this device.
Vorrichtungen dieser Art werden in der Industrie eingesetzt um die seitliche Position laufender Materialbahnen so zu steuern, dass das erfaßte Merkmal der Materialbahn an einer gewünschten lateralen Position gehalten wird, auch wenn störende Einflüsse auf die Materialbahn einwirken. Regelkreise die diese Aufgabe erfüllen sind an sich bekannt und oft beschrieben worden. Eine frühe Form ist in der Patentschrift
Um den steigenden Anforderungen der verarbeitenden Industrie gerecht zu werden wurden diese Regelkreise im Laufe der Zeit immer weiter entwickelt. Insbesondere auch der optische Sensor zur Erfassung des Steuermerkmals war Ziel ständiger Fortentwicklung, um auch schwierig zu erfassende Merkmale zur lateralen Materialbahnregelung benutzen zu können. Merkmale in dem hier betrachteten Sinn können im Fall von bedruckten Materialbahnen durch Teile eines Druckbildes gegeben sein, aber auch farbliche Unterschiede in der Materialbahn selbst oder partielle Beschichtungen der Materialbahnoberfläche sollen oft als Merkmal benutzt werden um die Position der Materialbahn zu regeln.In order to meet the increasing demands of the processing industry, these control circuits have been developed over time. In particular, the optical sensor for detecting the control feature was the goal of continuous development in order to use difficult to detect features for lateral material web control. Features in the sense considered here can be given in the case of printed material webs through parts of a printed image, but also color differences in the material web itself or partial coatings of the web surface should often be used as a feature to regulate the position of the web.
Diese Art der optischen Sensoren enthält üblicher Weise eine oder mehrere Lichtquellen, ein oder mehrere lichtempfindliche Empfangselemente, Lichtstrahl formende Elemente wie zum Beispiel Linsen, Blenden und Spiegel und elektronische Elemente zur Verarbeitung der Ausgangssignale der lichtempfindlichen Empfangselemente. Bei Bedarf können noch Tasten und Anzeigeelemente für die Bedienung des Sensors vorhanden sein. Als lichtempfindliche Empfangselemente werden heutzutage integrierte CMOS oder CCD Schaltkreise eingesetzt, bei denen eine Vielzahl dieser Empfangselemente auf einem Halbleiterkristall vereint sind und die für die hier betrachtete Aufgabe vorzugsweise zeilenförmig angeordnet sind. Zusammen mit den abbildenden optischen Elementen eines solchen Sensors ergibt sich dadurch ein zeilenförmiger Abtastbereich auf der Oberfläche der Materialbahn welcher vorzugsweise orthogonal zu Bewegungsrichtung der Materialbahn angeordnet wird.This type of optical sensor usually includes one or more light sources, one or more photosensitive receiving elements, light beam forming elements such as lenses, apertures and mirrors and electronic elements for processing the output signals of the photosensitive receiving elements. If necessary, keys and display elements for the operation of the sensor can still be present. As photosensitive receiving elements integrated CMOS or CCD circuits are nowadays used, in which a plurality of these receiving elements are combined on a semiconductor crystal and which are preferably arranged in rows for the object under consideration here. Together with the imaging optical elements of such a sensor, this results in a line-shaped scanning region on the surface of the material web which is preferably arranged orthogonal to the direction of movement of the material web.
Die zu erfassenden Merkmale können zum einen, wie schon in
Weiterhin werden Geräte nachgefragt, die auf Merkmale reagieren die dadurch entstehen, daß Oberflächenpartien sich in ihrem Glanz von Ihrer Nachbarschaft unterscheiden. Beispielsweise wird auf Arzneimittelpackungen, deren glänzende Beschichtung ein Beschreiben mit Bleistift, Kugelschreiber oder Filzstift nicht einwandfrei zuläßt, ein kleines Feld von der Beschichtung ausgenommen, um die handschriftliche Eintragung von z. B. Dosierungsvorschriften zu ermöglichen. Diese matten Felder unterscheiden sich weder farblich noch helligkeitsmäßig von der Umgebung, sondern nur durch ihr Reflexionsverhalten.Furthermore, devices are demanded that respond to features that arise in that surface sections differ in their luster from your neighborhood. For example, on drug packages, their glossy coating is a pencil writing, pen or felt pen does not allow properly, a small field excluded from the coating to the handwritten entry of z. B. allow dosage rules. These matte fields are not different in color or brightness from the environment, but only by their reflection behavior.
Glanzunterschiede der betrachteten Art können auch zum Beispiel an der Grenze zwischen glänzender Beschichtung und unbeschichteter, nicht glänzender Materialoberfläche entstehen. Gleiches kann aber auch durch partielle mechanische Oberflächenbearbeitung oder andere Formen der Oberflächenbearbeitung entstanden sein. Ebenso kommt es vor, dass die Kante einer glänzenden, transparenten Materialoberfläche, in Kontrast zu einer nicht ober weniger glänzenden Stützwalze oder gegenüber einem anderen Hintergrund, zur Positionsregelung verwendet werden soll. Eine immer wieder gestellte Aufgabe ist es, an ein und der selben Stelle in einer Anlage für einen Produktionsvorgang farbliche Merkmale der Materialbahn zur Positionsregelung zu verwenden und für einen anderen Produktionsvorgang Glanzmerkmale.Gloss differences of the kind considered can also arise, for example, at the border between glossy coating and uncoated, non-glossy material surface. The same can also be caused by partial mechanical surface treatment or other forms of surface treatment. It is also possible that the edge of a glossy, transparent material surface should be used for position regulation, in contrast to a not less shiny back-up roller or against another background. A recurring task is to use color characteristics of the material web for position control at one and the same point in a system for a production process and gloss features for another production process.
Schon in
Auch in
Es hat sich nun gezeigt, daß Vorrichtungen der oben genannten Art insbesondere dann keinen guten Kontrast zwischen glänzender und nicht glänzender Oberfläche ergeben, wenn die nicht glänzende Oberfläche von heller Farbe ist. Dieser Effekt wird von der diffusen Lichtquelle verursacht. Bei einer diffusen Lichtquelle gehen von jedem Teil ihrer Oberfläche Lichtstrahlen in alle Raumrichtungen aus. Nur ein kleiner Teil dieser Lichtstrahlen hat beim Auftreffen auf die glänzende Oberfläche den richtigen Winkel, um unter der Spiegelbedingung Einfallswinkel = Ausfallswinkel zu den Empfangselementen zu gelangen. Der wesentlich größere Teil der Strahlung der diffusen Lichtquelle erreicht nach der Reflexion an der glänzenden Oberfläche die Empfangselemente nicht. Wenn sich aber kein glänzender sondern der nicht glänzende Bereich der Oberfläche im Sichtbereich des Sensors befindet, dann sorgen alle Lichtstrahlen der diffusen Lichtquelle die diesen Sichtbereich treffen für ein Aufhellen der Materialbahn. Somit erklärt sich der geringe Kontrastunterschied in dem angesprochen Fall.It has now been found that devices of the above type, in particular, do not give a good contrast between glossy and non-glossy surface when the non-glossy surface is light in color. This effect is caused by the diffuse light source. In a diffuse light source, light rays emanate from every part of their surface in all spatial directions. Only a small part of these rays of light has the correct angle when hitting the shiny surface in order to reach the receiving elements under the mirror condition of angle of incidence = angle of reflection. The much larger part of the radiation of the diffuse light source does not reach the receiving elements after the reflection on the shiny surface. But if there is no glossy but the non-shiny area of the surface in the field of view of the sensor, then ensure all the light rays of the diffuse light source that meet this field of view for a lightening of the web. This explains the low contrast difference in the case in question.
Ähnliche Probleme bestehen bei bedruckten Materialbahnen die noch zusätzlich mit einer transparenten Schicht partiell beschichtet sind. Das unter der transparenten Schicht liegende Druckbild reflektiert alle Lichtstrahlen der diffusen Lichtquelle entsprechend der verwendeten Druckfarbe, während die transparente Schicht wieder nur die Lichtstrahlen, die die Spiegelbedingung erfüllen, zu den Empfangselementen reflektiert. Eine sichere Erkennung der Grenze zwischen beschichteten und nicht beschichteten Oberflächenpartien wird jetzt dadurch gestört, daß Teile des Druckbildes durch die transparente Beschichtung hindurchscheinen und diese nicht ausreichend durch die Reflexion des Lichtes an der transparenten Beschichtung überdeckt werden.Similar problems exist with printed material webs which are additionally partially coated with a transparent layer. The printed image underlying the transparent layer reflects all the light rays of the diffuse light source according to the printing ink used, while the transparent layer again reflects only the light rays which satisfy the mirror condition to the receiving elements reflected. A secure detection of the boundary between coated and uncoated surface parts is now disturbed by the fact that parts of the printed image shine through the transparent coating and these are not sufficiently covered by the reflection of the light on the transparent coating.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde einen optischen Kombinationssensor zu schaffen, der umschaltbar ist um zum einen farbliche Merkmale abzutasten, auch wenn diese unter einer transparenten glänzenden Beschichtung liegen, und zum andern dazu benutzt werden kann, Merkmale sicher zu erfassen, die als Glanzunterschiede auf der Oberfläche einer Materialbahn vorhanden sind, auch dann wenn diese auf hellen Untergründen oder bedruckten Materialbahnen aufgebracht sind.The invention is based on the object of providing an optical combination sensor which can be switched over in order to scan color features, even if they lie under a transparent glossy coating, and on the other hand can be used to reliably detect features which are in the form of gloss differences the surface of a material web are present, even if they are applied to light substrates or printed material webs.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben.The solution of the problem is specified in the claims.
Die zur Erfassung von Glanzmerkmalen zu verwendende zweite Beleuchtungseinrichtung wird von einer möglichst punktförmigen Lichtquelle und einem optischen Kondensor gebildet. Als punktförmige Lichtquelle kommt eine einfarbige Leuchtdiode in Frage, da zum einen die Licht abstrahlende Fläche einer derartigen Leuchtdiode sehr klein ist und somit die punktförmige Lichtquelle in sehr guter Weise angenähert wird und zum andern, weil bei der Lichtreflexion an glänzenden Oberflächen die Lichtfarbe (Wellenlänge) eine eher untergeordnete Rolle spielt. Eine andere Möglichkeit ist die Benutzung einer Blende mit entsprechend kleiner Lichtaustrittsöffnung.The second illumination device to be used for detecting gloss features is formed by a point source as light as possible and an optical condenser. As point light source is a single-color LED in question, since on the one hand, the light-emitting surface of such a light-emitting diode is very small and thus the punctiform light source is approximated in a very good manner and on the other hand, because in the light reflection on shiny surfaces, the light color (wavelength) plays a subordinate role. Another possibility is the use of a diaphragm with a correspondingly small light exit opening.
Der maximale Durchmesser der Leuchtdiode bzw. einer Blende hängt ab von der empfängerseitig mindestens geforderten Auflösung und den Parametern der Lichtführung. In einer bezüglich Anzahl und Anordnung der Linsen, Blendengröße und anderer relevanter Parameter konkreten Ausführung ergibt sich bei einer bestimmten Forderung an die Auflösung aus einer Größe der lichtempfindlichen Empfangselemente von 12,5 µm und für eine Länge des Erfassungsbereichs (Erstrekkung rechtwinklig zur Laufrichtung des Materials) von 30 mm und einer hierfür geforderten Auflösung von ca. 125 Linien ein maximaler Durchmesser der Lichtquelle von 1 mm.The maximum diameter of the light emitting diode or a diaphragm depends on the minimum required resolution on the receiver side and the parameters of the light guide. In a specific embodiment with regard to the number and arrangement of the lenses, diaphragm size and other relevant parameters, a specific requirement for the resolution results from a size of the photosensitive receiving elements of 12.5 μm and for a length of the detection range (extension perpendicular to the running direction of the material). of 30 mm and a required resolution of about 125 lines a maximum diameter of the light source of 1 mm.
Wenn nun die optische Geometrie, nämlich der Abstand zwischen der punktförmigen Lichtquelle und dem (als bevorzugtes Beispiel für die fokussierende Optik zu betrachtenden) Kondensor, die Brennweite der Kondensorlinse(n) und die Summe der Abstände zwischen Kondensor und Erfassungsbereich sowie zwischen Erfassungsbereich und Objektiv des Abbildungssystems gemäß Anspruch 1 gewählt wird, dann ist sichergestellt, daß alle im Erfassungsbereich von der Materialbahn reflektierten Strahlen auch zu den Empfangselementen gelangen.Now if the optical geometry, namely the distance between the punctiform light source and the condenser (to be considered as a preferred example of the focusing optics), the focal length of the condenser lens (s) and the sum of the distances between the condenser and the detection area and between the detection area and the lens Imaging system is selected according to
Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:
-
Fig. 1 schematisch in der Draufsicht, einer Seitenansicht und einer Querschnittsansicht einen Abschnitt einer partiell mit farblichen Merkmalen bedruckten und partiell glänzend beschichteten laufenden Materialbahn; -
Fig. 2 schematisch die Anordnung der Baugruppen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
Fig. 3a den Strahlengang eines auf eine vollständig spiegelnde Oberfläche auftreffenden Lichtstrahls; -
Fig. 3b den Fall vonFig. 3a bei glänzender Oberfläche; -
Fig. 3c den Fall vonFig. 3a bei matter, d. h. diffus reflektierender Oberfläche; -
Fig. 4a schematisch die zur Erfassung glänzender Elemente bestimmten Teile der Vorrichtung, wobei die optisch äquivalente entfaltete Darstellung des Strahlengangs gestrichelt gezeichnet ist; -
Fig. 4b die um 90° gedrehte Darstellung vonFig. 4a , in der die Materialbahn in die Zeichenebene hineinläuft; -
Fig. 5 die Situation gemäß Stand der Technik; -
Fig. 6 die Strahlengänge bei einer Unterbringung der Lichtquellen in einem gemeinsamen Gehäuse und Verwendung eines konkaven Spiegelstreifens als fokussierende Optik; -
Fig. 7 schematisch eine Vorrichtung mit allen wesentlichen Baugruppen; -
Fig. 8 schematisch den signaltechnischen Aufbau der Vorrichtung.
-
Fig. 1 schematically in plan view, a side view and a cross-sectional view of a portion of a partially printed with color features and partially glossy coated running material web; -
Fig. 2 schematically the arrangement of the modules of a device according to the invention; -
Fig. 3a the beam path of a light beam impinging on a completely reflecting surface; -
Fig. 3b the case ofFig. 3a with a glossy surface; -
Fig. 3c the case ofFig. 3a in the case of a matt, ie diffusely reflecting surface; -
Fig. 4a schematically the parts intended for the detection of shiny elements of the device, wherein the optically equivalent unfolded representation of the beam path is shown in dashed lines; -
Fig. 4b the rotated by 90 ° representation ofFig. 4a in which the material web runs into the plane of the drawing; -
Fig. 5 the situation according to the prior art; -
Fig. 6 the beam paths in a housing of the light sources in a common housing and use of a concave mirror strip as focussing optics; -
Fig. 7 schematically a device with all the essential components; -
Fig. 8 schematically the signal structure of the device.
Der in
Zur Beleuchtung der in Pfeilrichtung laufenden Materialbahn 1 im Erfassungsbereich gibt es eine erste Beleuchtungseinrichtung 20, die auf der gleichen Seite wie das Abbildungssystem liegt und deren Lichtstrahlen unter einem kleineren Winkel β auftreffen. Soweit im Erfassungsbereich spiegelnde Reflexion stattfindet, gehen die unter dem gleichen Winkel β reflektierten Strahlen weit am Objektiv 10 des optischen Abbildungssystems vorbei.In order to illuminate the
Diese erste Beleuchtungseinrichtung 20 dient vorwiegend zur Abtastung farblicher Merkmale. Nur Strahlen diffuser Reflexion entsprechend
Eine zweite Beleuchtungseinrichtung besteht aus einer punktförmigen Lichtquelle 10 und einer fokussierenden Optik 12 und liegt bezüglich der Normalen auf die Materialbahn 1 auf der anderen Seite unter dem Winkel α, sodaß ihre Strahlen bei spiegelnder Reflexion auf das Objektiv 14 gerichtet sind.A second illumination device consists of a point
Die optischen Eigenschaften dieser zweiten Beleuchtungseinrichtung sollen bestimmten Bedingungen genügen, zu deren Erläuterung die nachfolgenden Betrachtungen dienen:
-
Fig.3a zeigt das Verhalten eines Lichtstrahls, wenn dieser von einerLichtquelle 10 auf eine vollständig spiegelnde Materialbahn 1 fällt. Er wird reflektiert und kann nur in einer Richtung α von einem Empfangselement registriert werden. An der Position 10' ist das Spiegelbild der Lichtquelle zu beobachten.Fig.3b zeigt das Verhalten des Lichtstrahls auf glänzenden Materialbahnen undFig.3c das Verhalten des Lichtstrahls auf ausschließlich diffus reflektierenden Oberflächen. -
Fig.4a ergänzt die DarstellungFig.3a um die Elemente des optischen Abbildungssystems und der zweiten Beleuchtungseinrichtung. Die Spiegelbilder der näherungsweise punktförmigen Lichtquelle 10 und der Kondensorlinse 12 sind mit 10' und 12' bezeichnet. Der Strahlengang der Lichtquelle und der abbildenden Optik ist jeweils so zur Materialbahn angeordnet, dass die Spiegelbedingungen eingehalten sind, das heißt, daß sie gleiche Winkel (α) zur Materialbahn aufweisen. -
Fig.4b zeigt die Elemente der Darstellung inFig.4a in einer um 90° gedrehten Ansicht, wobei die realen Elemente 10 und 12 zur Vermeidung von Überdeckungen weggelassen sind und nur deren Spiegelbilder 10' und 12' gezeichnet sind. Zusätzlich sind strichpunktiert die Ebenen der optischen Wirkung eingezeichnet, die die Kondensorlinse 12'und das Objektiv 14 als ideal dünne Linsen hätten. Ebenso sind die Gegenstandsweite g und die Bildweite b der Kondensorlinse 12' eingezeichnet. Diese erfüllen die Bedingung, daß das ausgangsseitige Strahlenbündel der Kondensorlinse 12' und somitein vom Erfassungsbereich 7 spiegelnd reflektiertes Strahlenbündel der realen Kondensorlinse 12im Objektiv 14 konvergiert. - Bei Verwendung eines Normalobjektivs muß der Abstand zwischen Abbildungssystem 14/16 und Materialbahn konstant gehalten werden oder es müssen Toleranzen bezüglich der Erkennungsgenauigkeit zugelassen werden. Diese Einschränkungen können entfallen, wenn ein allerdings teureres Spezialobjektiv, insbesondere ein telezentrisches Objektiv Verwendung findet und die fokussierende Optik in gleicher Weise wie oben beschrieben an dessen Strahlengang angepaßt wird, wobei die Vorteile einer solchen Ausbildung insbesondere dann zum Tragen kommen, wenn im Betrieb der Vorrichtung die Charakteristika der zyklisch abgetasteten Bilder des Erfassungsbereichs verglichen werden mit einem abgespeicherten Muster oder einer erlernten Vorlage und es dabei um Abstände von einem Farbübergang zu einem anderen geht.
-
Fig. 5 zeigt ergänzend in der Spiegeldarstellung, wie bei den bekannten Erfassungsvorrichtungen gemäß Stand der Technik an der Stelle der fokussierenden Optik 12' eine Mattscheibe 18' angeordnet ist, von der Lichtstrahlen in alle Raumrichtungen ausgehen, sodaß jeder Punkt der Materialbahn 1 im Auswertebereich des Sensors aus einem ganzen Winkelbereich beleuchtet wird. - Wenn also nach dem vorliegenden Vorschlag nur solche Lichtstrahlen auf den ausgewerteten Bereich der Materialbahn fallen, die nach den Spiegelgesetzen die Empfangselemente erreichen und keine weiteren Lichtstahlen, die diese Forderung nicht erfüllen, dann stellt sich ein deutlicher Amplitudenunterschied zwischen nicht glänzenden und glänzenden Oberflächenteilen ein. Wenn dagegen, wie beim Stand der Technik, noch weitere Lichtstrahlen unter anderen Winkeln hinzukämen, dann würden im wesentlichen die nicht glänzenden Bereiche der Materialbahn aufgehellt und der Amplitudenunterschied zwischen nicht glänzenden und glänzenden Oberflächenteilen verringerte sich oder verschwände völlig.
- Die Anordnung nach
Fig.6 erfüllt denselben Zweck wie die Anordnung nachFig.2 . In dieser ist der aus einer Linse bestehende Kondensor ersetzt worden durch einen konkaven Spiegelstreifen 13, der die Lichtstrahlen der punktförmigen Lichtquelle 10 ebenso fokussiert und gleichzeitig so ablenkt, daß sie unter Einhaltung der Spiegelbedingung unter dem Winkel des Sehstrahls der abbildenden Optik 14 auftreffen. Bei dieser Anordnung kann die punktförmige Lichtquelle 10 der zweiten Beleuchtungseinrichtung und die erste Beleuchtungseinrichtung 20 zu einer Einheit zusammengefaßt werden, sodaß die elektrische Energiezufuhr und die Wärmeableitung einfacher und wirksamer zentral erfolgen kann. -
Fig.7 zeigt schließlich schematisch eine Gesamtanordnung mit einem Gehäuse 24 und einer in der Gehäusewand vorgesehenen transparentenScheibe 22. Diese schützt den Sensor vor Staub und anderen schädlichen Umgebungseinflüssen. - Diese Scheibe ist nun so anzuordnen, daß keine Lichtreflexion von ihrer inneren Oberfläche in
das Objektiv 14 gelangen kann. Vorzugsweise ist diese Scheibe rechtwinklig zu dem Strahlengang des Objektivs angeordnet. Die Materialbahn wird vorzugsweise in der Nähe oder auf einer Stützwalze 40 abgetastet um eine stabile Geometrie der Anordnung zu gewährleisten. Ein Anschluß für den elektrischen Signalaustausch zu den weiteren Komponenten einerBahnlaufregelung ist mit 28 bezeichnet. Dieser Signalaustausch soll vorzugsweise als digitale Schnittstelle ausgeführt sein um auch komplexe Informationen übertragen zu können. Bei geringeren Anforderungen kann aber auch ein analoger Signalaustausch verwendet werden. Auf diese Weise steht die sensor-interne Signalverarbeitungseinheit 30 mit den weiteren Komponenten der Bahnlaufregelung in Verbindung. Weiterhin ist nochein Bedienfeld 26 vorgesehen. -
Fig.8 zeigt den signaltechnischen Zusammenhang der einzelnen Komponenten des Sensors.Das Bedienfeld 26 steht mit der Signalverarbeitungseinheit 30 in Verbindung. Dieses Bedienfeld kann mit mechanischen Tasten oder einer Folientastatur gestaltet sein und Leuchtdioden und/oder ein LCD-Display für die Benutzerführung enthalten. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Benutzer über dieses Bedienfeld auswählt, ob Farbmerkmale oder ob Glanzmerkmale vom Sensor ausgewertet werden sollen. Eine zusätzliche Betriebsart soll es aber auch erlauben, diese Auswahl überden elektrischen Signalaustausch 28 von außen vorzunehmen. So wird dieSignalverarbeitungseinheit 30 in die Lage versetzt die richtige Lichtquelle 10 oder 20 auszuwählen. Weiterhin stehen die lichtempfindlichen Empfangselemente 16mit der Signalverarbeitungseinheit 30 in Verbindung, damit es dieser möglich ist, die Merkmalsposition zu ermitteln und im Falle von Farbmerkmalen diejenige Lichtfarbe der ersten Beleuchtungseinrichtung 20 automatisch zu wählen, welche für das erfaßte Merkmal die höchsten Signalamplituden anden Empfangselementen 16 erzeugt.
-
3a shows the behavior of a light beam when it falls from alight source 10 onto a completely reflectingmaterial web 1. It is reflected and can only be registered in one direction α by a receiving element. At position 10 ', the mirror image of the light source is observed.3b shows the behavior of the light beam on shiny material webs and3 c the behavior of the light beam on exclusively diffusely reflecting surfaces. -
4a completes the presentation3a around the elements of the optical imaging system and the second illumination device. The mirror images of the approximately point-shapedlight source 10 and thecondenser lens 12 are designated by 10 'and 12'. The beam path of the light source and the imaging optics is respectively arranged to the material web that the mirror conditions are met, that is, that they have the same angle (α) to the material web. -
4b shows the elements of the illustration in4a in a rotated by 90 ° view, the 10 and 12 are omitted to avoid overlaps and only their mirror images 10 'and 12' are drawn. In addition, the planes of the optical effect, which would have the condenser lens 12 'and the objective 14 as ideally thin lenses, are shown by dot-dash lines. Likewise, the object width g and the image width b of the condenser lens 12 'are shown. These satisfy the condition that the output-side beam of the condenser lens 12 ', and thus a reflected by thereal elements detection area 7 beam of thereal condenser lens 12 in thelens 14 converges. - When using a normal lens, the distance between the
imaging system 14/16 and web must be kept constant or it must be tolerated in terms of recognition accuracy. These restrictions can be omitted if a more expensive special lens, in particular a telecentric lens is used and the focusing optics in the same manner as described above is adapted to the beam path, the benefits of such training in particular come into play when in operation of the device the characteristics of the cyclically scanned images of the detection area are compared with a stored one Pattern or a learned template that deals with distances from one color transition to another. -
Fig. 5 shows in addition in the mirror representation, as in the known detection devices according to the prior art at the location of the focusing optics 12 'a ground glass 18' is arranged, go out of the light rays in all directions, so that each point of theweb 1 in the evaluation of the sensor from a entire angle range is illuminated. - Thus, according to the present proposal, if only those light rays fall on the evaluated area of the material web which reach the receiving elements according to the laws of the mirror and no further light beams which do not meet this requirement, then a clear amplitude difference arises between non-shiny and shiny surface parts. On the other hand, if, as in the prior art, other light rays were added at different angles, then substantially the non-glossy areas of the web would be lightened and the amplitude difference between non-glossy and glossy surface parts would be reduced or disappeared altogether.
- The arrangement after
Figure 6 fulfills the same purpose as the arrangementFig.2 , In this, the existing of a lens condenser has been replaced by aconcave mirror strip 13, which focuses the light rays of the punctiformlight source 10 as well and at the same time deflects so that they impinge upon observing the mirror condition at the angle of the visual ray of theimaging optics 14. With this arrangement, the pointlight source 10 of the second illumination device and thefirst illumination device 20 are combined into one unit, so that the electrical power supply and the heat dissipation can be made easier and more effective centrally. -
Figure 7 Finally, schematically shows an overall arrangement with ahousing 24 and provided in the housing walltransparent disc 22. This protects the sensor from dust and other harmful environmental influences. - This disc is now to be arranged so that no light reflection from its inner surface can get into the
lens 14. Preferably, this disc is arranged at right angles to the beam path of the lens. The web is preferably scanned in the vicinity or on asupport roller 40 to ensure a stable geometry of the arrangement. A connection for the electrical signal exchange to the other components of a web guiding is designated by 28. This signal exchange should preferably be designed as a digital interface in order to be able to transmit complex information. For lower requirements, however, an analog signal exchange can also be used. In this way, the sensor-internalsignal processing unit 30 is in communication with the other components of the web guiding system. Furthermore, acontrol panel 26 is still provided. -
Figure 8 shows the signaling connection of the individual components of the sensor. Thecontrol panel 26 is in communication with thesignal processing unit 30. This control panel can be designed with mechanical keys or a membrane keyboard and LEDs and / or a LCD display for user guidance included. In particular, it is provided that the user selects via this control panel, whether color characteristics or whether gloss features from the sensor to be evaluated. However, an additional mode should also allow to make this selection via theelectrical signal exchange 28 from the outside. Thus, thesignal processing unit 30 is enabled to select the proper 10 or 20. Furthermore, the light-light source sensitive receiving elements 16 are in communication with thesignal processing unit 30, so that it is possible to determine the feature position and automatically select in the case of color features that light color of thefirst illumination device 20, which for the detected feature, the highest signal amplitudes at the receiving elements 16th generated.
Claims (9)
nach Spiegelreflexion am Erfassungbereich (7) im Objektiv (14) des Abbildungssystems konvergieren,
converging after mirror reflection at the detection area (7) in the objective (14) of the imaging system,
fokussierende Optik eine Kondensorlinse (12) ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the
focusing optics is a condenser lens (12).
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