Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Detektion von flächigen Objekten.Method and device for the contactless detection of flat objects.
Die Erfindung betrifft Verfahren zur beruhrungslosen Detektion von flächigen Objekten gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und 6 sowie Vorrichtungen gemäß Oberbegriff des Anspruches 37 und 41.The invention relates to methods for the contactless detection of flat objects according to the preamble of claims 1 and 6 and devices according to the preamble of claims 37 and 41.
Verfahren und Vorrichtungen dieser Art werden z.B. in der Druckindustrie eingesetzt, um bei Papier, Folien oder ähnlichen flächigen Materialien im Druck- und Fertigungsvorgang estzustellen, ob ein Einfachbogen oder Mehrfachbögen bzw. ein Fehlbogen vorliegt. Üblicherweise ist das Erfordernis beim Druckvorgang einen Einfachbogen vorliegen zu haben, während bei der Feststellung eines Mehrfachbogens, z.B. eines Doppelbogens eine Aussonderung eines derartigen Doppelbogens zum Schutz der Druckmaschine normalerweise erforderlich ist. In analoger Weise wird auch bei der Feststellung, dass kein Einfachbogen vorliegt, sozusagen ein "Fehlbogen" vorhanden ist, der normale Druckvorgang abgeändert oder unterbrochen bis wieder ein Einfachbogen detektiert wird.Methods and devices of this type are e.g. used in the printing industry to determine whether a single sheet or multiple sheets or a missing sheet is present in the printing and manufacturing process for paper, foils or similar flat materials. Usually the requirement is to have a single sheet during the printing process, while when determining a multiple sheet, e.g. of a double sheet, such a double sheet is normally required to protect the printing press. Similarly, when it is determined that there is no single sheet, so to speak a "missing sheet", the normal printing process is changed or interrupted until a single sheet is detected again.
Im vergleichbarer Weise werden diese Verfahren und Vorrichtungen auch in der Verpackungsindustrie eingesetzt, in der beispielsweise auf Grund- oder Trägermaterial aufgebrachte Etiketten gezählt oder auf Vorhandensein oder Nichtvorhandensein geprüft werden. Ein weiterer Einsatzbereich ist das Erkennen von Aufreißfäden oder Abrissstellen, insbesondere bei dünnen, als Umhüllung benutzten Folien, wie z.B. Zigarettenpackungen.
Aber auch metallkaschierte Papiere, flächige Kunststoff ögen oder Folien und Bleche lassen sich mittels derartiger Verfahren und Vorrichtungen berührungslos in FertigungsVorgängen de- tektieren.In a comparable manner, these methods and devices are also used in the packaging industry, in which, for example, labels applied to the base or carrier material are counted or checked for the presence or absence of them. Another area of application is the detection of tear threads or tear points, particularly in the case of thin foils used as wrapping, such as cigarette packs. However, metal-clad papers, flat plastic eyes or foils and sheets can also be detected in manufacturing processes without contact using such methods and devices.
Das bei einem gattungsgemäßen Verfahren und einer Vorrichtung eingesetzte Messprinzip bei Verwendung von z.B. Ultraschall und der Detektion von Papieren in flächiger Bogenform, beruht darauf, dass die vom Sender emittierte Ultraschallwelle das Papier durchdringt und der transmittierte Anteil der Ultraschallwelle vom Empfänger als Messsignal empfangen wird und bezüglich seiner Amplitude ausgewertet wird. Beim Vorliegen eines Mehrfach- bzw. Doppelbogens stellt sich daher im Empfänger eine wesentlich kleinere Amplitude ein, als beim Vorliegen eines Einfachbogens .The measuring principle used in a generic method and a device when using e.g. Ultrasound and the detection of paper in sheet-like form is based on the fact that the ultrasound wave emitted by the transmitter penetrates the paper and the transmitted portion of the ultrasound wave is received by the receiver as a measurement signal and its amplitude is evaluated. If a multiple or double sheet is present, the receiver has a significantly smaller amplitude than if a single sheet was present.
Die nachfolgende Auswertung des empfangenen Messsignales erfolgte bisher in der Praxis mit näherungsweise linear arbeitenden Verstärkern oder ähnlich ausgelegten Verstärkungsschaltungen und nachgeschalteten Filtern. Durch den dabei vorliegenden relativ geringen Dynamikbereich, insbesondere von linearen Verstärkern, waren dicke Papiere, Kartonagen oder gar Wellpappe oftmals schwierig oder nicht zu detektieren. Zudem war das Flatterverhalten, das insbesondere bei sehr dünnen Papieren bzw. Folien oftmals auftritt, wobei hierunter eine Bewegung des dünnen, flexiblen Bogens während der Detektion zwischen Sender und Empfänger in Richtung der Bogennormalen verstanden wird, nur unzureichend mit derartigen Verstärkern zu beherrschen. Ein vergleichbares Verhalten offenbaren stark inhomogene Materialien.The subsequent evaluation of the received measurement signal has so far been carried out in practice with approximately linearly operating amplifiers or similarly designed amplification circuits and downstream filters. Due to the relatively small dynamic range, in particular of linear amplifiers, thick paper, cardboard or even corrugated cardboard were often difficult or impossible to detect. In addition, the flutter behavior, which often occurs especially with very thin papers or foils, whereby this means a movement of the thin, flexible sheet during the detection between the transmitter and receiver in the direction of the sheet normal, was insufficiently controllable with such amplifiers. A comparable behavior is revealed by strongly inhomogeneous materials.
Im Hinblick auf eine bessere Beherrschung der vorausgehend genannten Probleme, speziell bei stark unterschiedlicher materialspezifischer Dämpfung des transmittierten Signals, wobei im Weiteren in Anlehnung an die Praxis diesbezüglich nur' noch von
Flächengewichten und Grammaturen gesprochen wird, wurde ein Einlernverfahren bzw. ein Teach-in-Schritt durchgeführt. Hierbei wird vor Beginn des eigentlichen Detektionsverfahrens das zu detektierende flächige Objekt, wie z.B. ein Papierbogen, im Hinblick auf seine Grammatur bzw. seine Schallabsorptionscharakteristik erfasst und der Auswerteeinrichtung im Sinne eines Einlernens eingegeben.With regard to a better control of the previously mentioned problems, especially in greatly differing material-specific attenuation of the transmitted signal, where in this regard in addition in accordance with the practice only 'nor Grammages and grammages are spoken, a learning process or a teach-in step was carried out. Before the actual detection process begins, the flat object to be detected, such as a sheet of paper, is detected with regard to its grammage or its sound absorption characteristics and entered into the evaluation device in the sense of teaching.
Ein erheblicher Machteil besteht darin, dass bei anderen flächigen Objekten mit unterschiedlicher Grammatur erneut ein entsprechender Teach-in-Schritt durchgeführt und eingelernt werden uss, was einerseits aufwändig ist und andererseits üblicherweise zu erheblichen Stillstandszeiten bei den entsprechenden Anlagen führt .A considerable part of the fact is that a corresponding teach-in step has to be carried out and taught in again for other flat objects with different grammages, which on the one hand is complex and on the other hand usually leads to considerable downtimes in the corresponding systems.
Im Hinblick auf die Materialspezifikationen zu Papieren wird auf die vorliegenden Normen hingewiesen, wozu exemplarisch auf DIN-Taschenbuch 118 (Ausgabe 2003-06) , DIN-Taschenbuch 213 (Ausgabe 2002-12) , DIN-Taschenbuch 274 (Ausgabe 2003-06) , DIN- Taschenbuch 275 (Ausgabe 1996-08) , oder bezüglich Wellpappe auf DIN 55468-1 verwiesen sei.With regard to the material specifications for paper, reference is made to the present standards, for example DIN pocket book 118 (edition 2003-06), DIN pocket book 213 (edition 2002-12), DIN pocket book 274 (edition 2003-06), DIN-Taschenbuch 275 (edition 1996-08), or with regard to corrugated cardboard to DIN 55468-1.
Aus der DE 200 18 193 Ul bzw. EP 1 201 582 A ist eine Vorrichtung zur Detektion von Einfachbögen oder Mehrfachbögen bekannt. Zur Detektion dieser Bögen weist diese bekannte Vorrichtung wenigstens einen kapazitiven Sensor und wenigstens einen Ultraschallsensor auf. Hierbei ist eine Auswerteeinheit zur Ableitung eines Signals für die Feststellung des Einfachbzw. Mehrfachbogens vorgesehen. Dieses Signal wird aus einer logischen Verknüpfung der AusgangsSignale der Sensoren abgeleitet, wobei das zutreffende Detektionssignal in einer Abgleichphase festgelegt wird.A device for the detection of single sheets or multiple sheets is known from DE 200 18 193 Ul and EP 1 201 582 A. To detect these arcs, this known device has at least one capacitive sensor and at least one ultrasonic sensor. Here is an evaluation unit for deriving a signal for determining the simple or Multiple sheets provided. This signal is derived from a logical combination of the output signals of the sensors, the relevant detection signal being determined in an adjustment phase.
Eine andere Vorrichtung ist als kapazitiver Sensor aus der DE 195 21 129 Cl bekannt. Diese primär auf die berührungslose Detektion von Etiketten auf einem Trägermaterial abzielende Vorrichtung arbeitet mit zwei Kondensatorelementen und einem diese beeinflussenden Oszillator. Die dielektrischen Eigenschaf-
ten des Papiers bzw. von anderen flächigen Objekten beeinflussen daher den Schwingkreis des Oszillators hinsichtlich der Frequenz, welche zur Detektion ausgewertet wird. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass relativ dünne Papiere nur schwer oder gar nicht detektiert werden können, ebenso wie metallkaschierte Papiere. Auch sehr dünne Folien sind aufgrund ihrer geringen Dicke und der teils nur wenig von eins verschiedenen Dielektrizitätskonstante nur schwer zu detektieren.Another device is known as a capacitive sensor from DE 195 21 129 Cl. This device, which is primarily aimed at the contactless detection of labels on a carrier material, works with two capacitor elements and an oscillator influencing them. The dielectric properties ten of the paper or other flat objects therefore influence the oscillating circuit of the oscillator with regard to the frequency, which is evaluated for detection. The disadvantage here, however, is that relatively thin papers can only be detected with difficulty or not at all, just like metal-coated papers. Even very thin foils are difficult to detect due to their small thickness and the dielectric constant, which in some cases differs only slightly from one.
Weitere Detektionsverfahren mit Ultraschall-Näherungsschaltern sind z.B. in der EP 0 997 747 A2 bzw. EP 0 981 202 Bl beschrieben. Bei diesen tastenden Sensoren erfolgt ein automatischer Frequenzabgleich, in dem nach dem Aussenden eines Ultraschallimpulses und anschließender Reflektion an dem zu detek- tierenden Objekt, die optimale Sendefrequenz in Abhängigkeit von der Höhe der empfangenen Ultraschall-Echoamplitude ausgewertet wird.Other detection methods with ultrasonic proximity switches are e.g. in EP 0 997 747 A2 and EP 0 981 202 B1. With these scanning sensors, an automatic frequency adjustment takes place, in which after the transmission of an ultrasound pulse and subsequent reflection on the object to be detected, the optimal transmission frequency is evaluated as a function of the level of the received ultrasound echo amplitude.
Eine andere Vorrichtung der Eingangs genannten Art ist aus der DE 203 12 388 Ul bekannt. Diese mit Ultraschall arbeitende Vorrichtung ermittelt über die Transmission und Reflektion der Strahlung die Anwesenheit und Stärke der entsprechenden Objekte. Allerdings verwendet diese Vorrichtung auch Referenzreflektoren, so dass ein relativ aufwändiger Aufbau der Vorrichtung vorliegt.Another device of the type mentioned is known from DE 203 12 388 U1. This device, which works with ultrasound, determines the presence and strength of the corresponding objects via the transmission and reflection of the radiation. However, this device also uses reference reflectors, so that the device has a relatively complex structure.
Weiterhin ist aus der DE 297 22 715 Ul eine induktiv arbeitende Vorrichtung zur Messung der Dicke von Blechen bekannt, welche aus Nichteisenmetallen oder Eisenmetallen bestehen können. Die Messung der Dicke der Bleche erfolgt hierbei über die Auswertung der Arbeitsfrequenz eines Frequenzgenerators bzw. über die Auswertung seiner Amplitude. Zur Einstellung dieser Vorrichtung bedarf es zunächst eines Teach-in-Schrittes, bei dem ein Eichblech in den Messraum eingeführt wird und die Arbeitsfrequenz bzw. die Amplitude des Frequenzgenerators entsprechend einer Standard-Dickenkurve eingestellt wird.
Mittels dieser Vorrichtung kann zwar eine Unterscheidung zwischen Einfach-, Fehl- und Mehrfach-Blechen durchgeführt werden, wobei hierzu jedoch unterschiedliche Standard-Dickenkurven gespeichert und zu dieser Entscheidung ausgewertet werden müssen. Zudem eignet sich diese Vorrichtung zu einer Detektion von Blechdicken bis zu ca . 6 mm. Die Detektion dünner Bleche oder Folien ist aufgrund der geringen Änderung der Dämpfung nicht sehr sicher.Furthermore, DE 297 22 715 U1 discloses an inductively operating device for measuring the thickness of metal sheets, which can consist of non-ferrous metals or ferrous metals. The thickness of the sheets is measured by evaluating the working frequency of a frequency generator or by evaluating its amplitude. To set this device, a teach-in step is first required, in which a calibration plate is introduced into the measuring space and the working frequency or the amplitude of the frequency generator is set according to a standard thickness curve. A distinction can be made between single, faulty and multiple sheets using this device, but different standard thickness curves must be saved and evaluated for this decision. This device is also suitable for the detection of sheet thicknesses up to approx. 6 mm. The detection of thin sheets or foils is not very reliable due to the small change in damping.
In der DE 44 03 011 Cl wird eine Vorrichtung zur Vereinzelung von unmagnetischen Blechen beschrieben. Hierzu ist vorgesehen, dass ein Wanderfeldinduktor bei Vorliegen eines Doppelbleches eine entgegengesetzt zur Förderrichtung des Blechpaketes vorgesehene Kraft ausübt, so dass das vorliegende Doppelblech in zwei Bleche vereinzelt wird. Für nichtmetallische flächige Objekte oder Folien ist diese Vorrichtung vollkommen ungeeignet.DE 44 03 011 Cl describes a device for separating non-magnetic sheets. For this purpose, it is provided that a traveling field inductor, when a double sheet is present, exerts a force which is provided opposite to the conveying direction of the sheet stack, so that the present double sheet is separated into two sheets. This device is completely unsuitable for non-metallic flat objects or foils.
Die DE 42 33 855 C2 beschreibt ein Verfahren zur Kontrolle und zum Erkennen von Inhomogenitäten bei Bögen. Dieses Verfahren arbeitet optisch und auf der Grundlage einer Transmissionsmessung. Allerdings besteht insbesondere bei der Kontrolle von Papierbögen im Hinblick auf Einfach- und Mehrfachbögen das Problem, dass aufgrund der Materialbeschaffenheit der Bögen sehr starke Schwankungen aufgrund von Inhomogenitäten oder dem Reflektionsverhalten und dem Flattern der Bögen hervorgerufen werden. Zur Überwindung dieses Problems sieht diese Druckschrift eine Messwertauswertung mit Hilfe der Fuzzy-Logik- Regeln vor.DE 42 33 855 C2 describes a method for checking and recognizing inhomogeneities in sheets. This method works optically and on the basis of a transmission measurement. However, especially when checking paper sheets with regard to single and multiple sheets, there is the problem that, due to the material properties of the sheets, very large fluctuations are caused due to inhomogeneities or the reflection behavior and the fluttering of the sheets. In order to overcome this problem, this document provides for a measurement evaluation using the fuzzy logic rules.
Aus der US 2003/0006550 ist ein Verfahren bekannt, das auf der Basis von Ultraschallwellen und der Phasendifferenz zwischen einer Referenzphase und der empfangenen Phase, eine digitale Auswertung durchführt, und auf dieser Basis ein Signal zur Bestimmung von Fehlbogen-, Einfach- oder Mehrfachbogen ermittelt. Die alleinige Auswertung der Phasendifferenz kann jedoch bei speziellen Papieren bzw. Folien unzureichend sein und zu Fehlinformation führen, was bei einer sicheren Detektion ausgeschlossen werden sollte.
Ein insbesondere zur Zählung von Banknoten, aber auch bei anderen Papieren und Folien einsetzbares Verfahren, ist aus der DE 30 48 710 C2 bekannt. Dieses Verfahren, das auf die Bestimmung des Flächengewichtes bzw. der Dicke der zu erfassenden Materialien abstellt, arbeitet mit impulsförmigen Ultraschallwellen, wobei zur Detektion eines Doppelbogens, d.h. dem Vorliegen zweier überdeckender oder überlappender Banknoten, insbesondere die Auswertung der Integration der Phasenverschiebung eingesetzt wird. Der Einsatzbereich dieses Verfahrens ist daher primär auf das Zählen von Banknoten bzw. von vergleichbaren Papieren und Folien unter Berücksichtigung der Flächengewichte derartiger Materialien ausgerichtet. Für den Einsatz bei Verpackungsmaterialien oder dem Zählen von Etiketten erscheint daher dieses Verfahren ungeeignet.From US 2003/0006550 a method is known which carries out a digital evaluation on the basis of ultrasound waves and the phase difference between a reference phase and the received phase, and on this basis determines a signal for the determination of missing sheet, single or multiple sheets , However, the evaluation of the phase difference alone can be inadequate for special papers or foils and lead to incorrect information, which should be ruled out in the case of reliable detection. A method that can be used in particular for counting banknotes, but also for other papers and foils, is known from DE 30 48 710 C2. This method, which is based on the determination of the weight per unit area or the thickness of the materials to be detected, works with pulsed ultrasound waves, with the evaluation of the integration of the phase shift being used in particular for the detection of a double sheet, ie the presence of two overlapping or overlapping bank notes. The field of application of this method is therefore primarily aimed at counting banknotes or comparable papers and foils, taking into account the basis weights of such materials. This method therefore appears unsuitable for use with packaging materials or counting labels.
Ein weiteres Verfahren auf akustischer bzw. Ultraschall-Basis ist aus der DE 40 22 325 C2 bekannt. Dieses Verfahren, das auf die Kontrolle von Fehl- oder Mehrfachbδgen von blatt- oder folienartigen Gegenständen abstellt, benötigt einen Erstdurchlauf des entsprechenden flächigen Gegenstandes mit einem Eich- und Einstellvorgang, der mikroprozessorgesteuert selbsttätig durchgeführt wird. Es ist daher bei diesem Verfahren eine Art Teach-in zunächst auf die Dicke des Objektes in Bezug auf einen optimalen Mess- und Frequenzbereich erforderlich und weiterhin bei einem derartigen Erstdurchlauf das Erfassen und Abspeichern eines entsprechenden Schwellwertes.Another method based on acoustics or ultrasound is known from DE 40 22 325 C2. This method, which is based on the control of incorrect or multiple sheets of sheet or film-like objects, requires a first run of the corresponding flat object with a calibration and adjustment process, which is carried out automatically by a microprocessor. This method therefore requires a type of teach-in first of all on the thickness of the object in relation to an optimal measurement and frequency range, and furthermore, in the case of such a first run, the detection and storage of a corresponding threshold value.
Im Anwendungsbereich der Detektion bzw. des Zählens von Etiketten sind vergleichbare Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Hierbei ist zunächst der Unterschied bei einer Etikette zu sehen, da diese auf einem Grund- oder Trägermaterial als aufgebrachte Materialschicht vorgesehen ist. Dieses geschichtete Material verhält sich nach außen hin im Hinblick auf Opazität, das Dielektrikum, die elektromagnetische Leitfähigkeit oder
die Schalllaufzeit wie ein verbundenes Materialstück, so dass es bei diesen Detektionsmöglichkeiten nur zu einer Vergleichs- weisen geringen Bedämpfung kommt, die jedoch noch auswertbar ist.Comparable methods and devices are known in the field of application for the detection or counting of labels. The difference in a label can be seen here first, since it is provided on a base or carrier material as an applied material layer. This layered material behaves towards the outside in terms of opacity, the dielectric, the electromagnetic conductivity or the sound propagation time as a connected piece of material, so that with these detection possibilities there is only a comparably low attenuation, which is, however, still evaluable.
Aus der DE 199 21 217 AI ist zusammen mit der DE 199 27 865 AI und EP 1 067 053 Bl eine Vorrichtung zur Detektion von Etiketten bzw. flächigen Objekten bekannt. Diese Vorrichtung nutzt Ultraschallwellen mit einer Modulationsfrequenz, wobei zur Unterscheidung von Einfach- und Mehrfachbδgen ein Schwellwert während eines Abgleichvorganges bzw. eines Teach-in-Schrittes bestimmt wird. Mittels des Teach-in-Schrittes ist die Detektion zwar auf das spezielle flächige Objekt im Sinne eines Etiketts einstellbar. Dieser Teach-in-Schritt macht jedoch die Vorrichtung komplexer und erfordert längere Einstellzeiten beim Wechsel auf ein anderes flächiges Objekt. Dies zeigt, dass ein größeres Materialspektrum nicht per se, sondern nur abgestimmt auf das spezifische einzelne Material, detektiert werden kann.DE 199 21 217 AI, together with DE 199 27 865 AI and EP 1 067 053 B1, discloses a device for detecting labels or flat objects. This device uses ultrasonic waves with a modulation frequency, with a threshold value being determined during an adjustment process or a teach-in step in order to distinguish between single and multiple bends. Using the teach-in step, the detection can be set on the special flat object in the sense of a label. However, this teach-in step makes the device more complex and requires longer setting times when changing to another flat object. This shows that a larger range of materials cannot be detected per se, but only in line with the specific individual material.
Unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik liegt daher der Erfindung die A u f g a b e zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrichtung zur beruhrungslosen Detektion von flächigen Objekten zu konzipieren, das bzw. die sehr flexibel und über ein großes Materialspektrum eine sichere Detektion von Einfach-, Fehl- oder Mehrfachbögen bei unterschiedlichen flächigen Materialien einerseits, insbesondere bei Papieren, Folien, Blechen und dergleichen, andererseits bei Etiketten und ähnlich geschichteten Materialien, ermöglicht, wobei ohne Teach-in-Schritt ausgekommen werden kann und unterschiedliche Strahlen bzw. Wellen wie optischer, akustischer, induktiver Art oder dergleichen einsetzbar sind.Taking this state of the art into account, the object of the invention is therefore to design a generic method and a device for the contactless detection of flat objects, which is very flexible and reliable detection of simple, faulty and over a wide range of materials. or multiple sheets with different flat materials on the one hand, in particular with papers, foils, sheets and the like, on the other hand with labels and similarly layered materials, which can be done without a teach-in step and different beams or waves such as optical, acoustic, inductive Type or the like can be used.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 6 und bei Vorrich-
tungen durch die Merkmale des Anspruchs 37 oder des Anspruchs 41 gelöst.According to the invention, this object is achieved in the case of methods by the features of claim 1 or claim 6 and in the case of apparatuses. tions solved by the features of claim 37 or claim 41.
Ein wesentlicher Kerngedanke der Erfindung kann daher darin gesehen werden, der Auswertung des Messsignales über einen Grammatur- und Flächengewichtsbereich eine Korrektur-Kennlinie vorzugeben, um über den vorgesehenen Materialbereich eine Zielkennlinie mit weitgehend linearem oder nahezu linearem Verlauf oder für Papiere und dergleichen Materialien auch eine der idealen Kennlinie für die Detektion des Einfachbogens angenäherte Kennlinie zu erreichen, die bei einer Amplitudenauswertung des verstärkten Messsignales eine klare Unterscheidung, insbesondere gegenüber einem entsprechenden Schwellwert für Luft, als Schwelle für einen Fehlbogen, bzw. gegenüber einem Schwellwert für Doppelbogen, ermöglicht.An essential core idea of the invention can therefore be seen in specifying a correction characteristic curve for the evaluation of the measurement signal over a grammage and basis weight range in order to achieve a target characteristic curve with a largely linear or almost linear course over the intended material range or also one of the papers and similar materials to achieve an ideal characteristic curve for the detection of the single sheet, which enables a clear distinction when analyzing the amplitude of the amplified measurement signal, in particular as compared to a corresponding threshold value for air, as a threshold for a missing sheet or as a threshold value for a double sheet.
Um dies zu erreichen, ist ein weiterer wichtiger Kerngedanke der Erfindung, dass bei einer Signalverstärkung des empfangenen Messsignales, die Korrektur-Kennlinie der entsprechenden Signalverstärkung statisch oder dynamisch vorgegeben wird, um eine gut auswertbare Zielkennlinie zu erreichen.To achieve this, a further important core idea of the invention is that when the received measurement signal is amplified, the correction characteristic of the corresponding signal amplification is specified statically or dynamically in order to achieve a target characteristic that can be easily evaluated.
Die Erfindung berücksichtigt aber auch, dass eine unmittelbare Umwandlung des Messsignales im Rahmen einer A/D-Wandlung durchgeführt werden kann, wobei die dabei erhaltenen digitalen Werte der Messsignal-Kennlinie der entsprechenden rein digitalen Korrektur-Kennlinie unterworfen werden, um sozusagen unmittelbar die auswertbare Zielkennlinie zu erreichen.However, the invention also takes into account that an immediate conversion of the measurement signal can be carried out as part of an A / D conversion, the digital values obtained in this way being subjected to the measurement signal characteristic curve to the corresponding purely digital correction characteristic curve, so to speak, so to speak, the evaluable target characteristic curve to reach.
Dieses Prinzip der Anwendung einer Korrektur-Kennlinie hat zudem den großen Vorteil, dass unterschiedliche Sensoreinrichtungen, insbesondere als Schranken- bzw. Schrankenanordnung, z.B. in Gabelform, verwendet werden können, wobei vorteilhafterweise Ultraschall-Sensoren, optische, kapazitive oder induktive Sensoren eingesetzt werden können, wobei für diese Sensoren gleichermaßen dasselbe Verfahren verwendet werden kann.
Die entsprechende Korrektur-Kennlinie für Papiere und dgl . Materialien wird insbesonders durch Spiegelung der Messwertkennlinie an der idealen Zielkennlinie zur Einfachbogenerkennung erreicht, gegebenenfalls unter spezieller Transformation des kartesischen Koordinatensystems.This principle of using a correction characteristic curve also has the great advantage that different sensor devices, in particular as a barrier or barrier arrangement, for example in the form of a fork, can be used, it being possible advantageously to use ultrasonic sensors, optical, capacitive or inductive sensors, the same method can equally be used for these sensors. The corresponding correction characteristic for papers and the like. Materials are achieved in particular by mirroring the measured value characteristic at the ideal target characteristic for single sheet detection, possibly with a special transformation of the Cartesian coordinate system.
Die Korrektur-Kennlinie kann auch invers oder nahezu invers zur Kennlinie der EingangsSpannung UE des Messsignales gewählt werden. Auf diese Weise ist es möglich, in guter Näherung eine zur Einfachbogenerkennung ideal verlaufende Zielkennlinie über einen relativ großen Grammatur- bzw. Flächengewichtsbereich der zu detektieren Objekte, insbesondere zwischen 8 g/m2 bis 4000 g/m2 zu erreichen. Invers wird hierbei als Umkehrfunktion angesehen.The correction characteristic can also be selected inversely or almost inversely to the characteristic of the input voltage U E of the measurement signal. In this way it is possible to achieve a good approximation of a target characteristic curve that runs ideally for single sheet detection over a relatively large grammage or basis weight range of the objects to be detected, in particular between 8 g / m 2 and 4000 g / m 2 . Inverse is seen as an inverse function.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher nicht nur zur Detektion von Einfachbogen, Mehrfachbogen oder Fehlbogen von dünnen bis dicken Papieren, welche im vorausgehend genannten Grammaturbereich liegen. Vielmehr können auch stapelbare, schachteiförmige Verpackungen aus Papier oder Kunststoff oder auf Trägermaterial aufgebrachte Etiketten, oder Klebe-, Ab- riss- oder Aufreißstellen von Papier oder Folien detektiert werde .The method according to the invention is therefore not only suitable for the detection of single sheets, multiple sheets or missing sheets of thin to thick papers which are in the above-mentioned grammage range. Rather, stackable, box-shaped packaging made of paper or plastic or labels applied to carrier material, or adhesive, tear-off or tear-open points of paper or foils can also be detected.
Sofern verfahrensmäßig das am Ausgang des Empfängers bzw. des Messsignalwandlers erhaltene Messsignal zur weiteren Auswertung einer Signalverstärkung unterzogen wird, wird vorzugsweise der entsprechenden Verstärkereinrichtung die entsprechende Korrektur-Kennlinie, die auch aus einer Kombination mehrerer Korrektur-Kennlinien bestehen kann, eingeprägt, um ausgangs- seitig zur weiteren Bewertung eine gut auswertbare Zielkennlinie über den gesamten Flächengewichtsbereich zu erhalten. Mittels dieser Zielkennlinie kann dann in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt, der z.B. in einem Mikroprozessor realisiert werden kann, die Detektion des entsprechenden flächigen Objektes im Hinblick auf bestimmte Schwellwerte erfolgen, so dass ein klares Detektionssignal zu Einfachbogen, Fehlbogen oder Mehrfachbogen erhalten wird.
Als Alternative sieht das Verfahren auch vor, dass das im Empfänger erhaltene Messsignal bzw. dessen Messsignal-Kennlinie direkt einer Analog-Digital-Wandlung unterzogen wird, wobei diese digitalen Werte unter Berücksichtigung einer entsprechenden rein digitalen Korrektur-Kennlinie zu einer Zielkennlinie mit Erzeugung eines entsprechenden Detektionssignales verarbeitet werden.If the measurement signal obtained at the output of the receiver or of the measurement signal converter is subjected to a signal amplification for further evaluation, the corresponding correction characteristic, which can also consist of a combination of several correction characteristics, is preferably impressed on the output side to obtain an easily evaluable target characteristic curve over the entire basis weight range for further evaluation. Using this target characteristic, the corresponding flat object can then be detected with regard to certain threshold values in a subsequent method step, which can be implemented, for example, in a microprocessor, so that a clear detection signal for single sheets, missing sheets or multiple sheets is obtained. As an alternative, the method also provides that the measurement signal or its measurement signal characteristic curve received in the receiver is subjected directly to an analog-digital conversion, these digital values taking into account a corresponding purely digital correction characteristic curve to a target characteristic curve with generation of a corresponding one Detection signals are processed.
Erfindungsgemäß erreicht man mit diesen Maßnahmen den Vorteil, dass man eine sichere Detektion der entsprechenden flächigen Objekte über einen sehr großen Grammatur- und Flächengewichts- bereich ohne das Erfordernis eines Teach-in-Vorganges erreicht, was zu Stillstandzeiten der Anlage führen würde. Zudem wird der Dynamikbereich der Auswerteeinrichtung erheblich erweitert, so dass die Detektion sehr dünner oder sehr inhomogener Materialien, welche zu Flatterverhalten neigen, mit guter Sicherheit realisierbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es daher auf der Basis der Amplitudenauswertung des im Empfänger erhaltenen Messsignales, mittels Korrektur- Kennlinie und Zielkennlinie eine sichere Unterscheidung von Einfachbogen, Fehlbogen und Mehrfach- bzw. Doppelbogen, und dies für sehr dünne bzw. sehr schalltransmissive Objekte, z.B. mit einem Flächengewicht von 8 g/m2 bzw. ca. 10 μm Dicke, bis zu relativ dicken und stark schallintransmissiven Objekten bis zu 4000 g/m2, z.B. mit einer Dicke von 4 mm, ohne einen vorherigen Teach-in-Vorgang sicher zu unterscheiden.According to the invention, the advantage of these measures is that reliable detection of the corresponding flat objects over a very large grammage and basis weight range is achieved without the need for a teach-in process, which would lead to system downtimes. In addition, the dynamic range of the evaluation device is expanded considerably, so that the detection of very thin or very inhomogeneous materials, which tend to flutter behavior, can be implemented with good certainty. The method according to the invention therefore makes it possible, on the basis of the amplitude evaluation of the measurement signal received in the receiver, by means of a correction characteristic and target characteristic, to reliably distinguish single sheets, missing sheets and multiple or double sheets, and this for very thin or very sound-transmissive objects, for example with a basis weight of 8 g / m 2 or approx. 10 μm thickness, up to relatively thick and strongly sound-transmissive objects up to 4000 g / m 2 , e.g. with a thickness of 4 mm, without a prior teach-in process differ.
Im Hinblick auf eine hohe Flexibilität, nicht nur bezüglich unterschiedlichster Materialien wie Wellpappe oder Kunststoffverpackungen, sieht die Erfindung auch vor, Korrektur-Kennlinien zu berücksichtigen, die eine Kombination von verschiedenen Korrektur-Kennlinien darstellen, wobei diese kombinierten Korrektur-Kennlinien auch nur abschnittsweise über Teilbereiche des gesamten Grammaturbereiches angesetzt werden können.
Dies eröffnet es, die Zielkennlinien mit verbesserter Approximation an die Idealkennlinie zur Erkennung von Einfachbogen zu erreichen.With a view to a high degree of flexibility, not only with regard to the most varied of materials such as corrugated cardboard or plastic packaging, the invention also provides for correction characteristic curves to be taken into account, which represent a combination of different correction characteristic curves, these combined correction characteristic curves also only in sections over partial areas of the entire grammage range can be applied. This makes it possible to achieve the target characteristic curves with improved approximation to the ideal characteristic curve for the detection of single sheets.
Entsprechend den Gegebenheiten der schaltungstechnischen Auslegung der Auswerteeinrichtung, der eingesetzten Sensoreinrichtung und/oder dem untersuchten Materialspektrum, kann die Korrektur-Kennlinie auch abschnittsweise als lineare oder nichtlineare Kennlinie, als einfach- oder mehrfach- logarithmische Kennlinie, als exponentielle Kennlinie, als hyperbolische Kennlinie, als Polygonzug, als Funktion beliebigen Grades oder als empirisch ermittelte oder errechnete Kennlinie oder als Kombination mehrerer dieser Kennlinien ausgelegt sein.Depending on the circumstances of the circuit design of the evaluation device, the sensor device used and / or the examined material spectrum, the correction characteristic can also be used in sections as a linear or non-linear characteristic, as a single or multiple logarithmic characteristic, as an exponential characteristic, as a hyperbolic characteristic, as Polygon course, be designed as a function of any degree or as an empirically determined or calculated characteristic curve or as a combination of several of these characteristic curves.
Im Hinblick auf die kombinierte Detektion von Etiketten und Einfach-, Fehl- und Mehrfachbδgen wird hierbei bevorzugt, die Korrektur-Kennlinie als annähernd linear ansteigende und gewichtende oder exponentiell oder ähnlich ansteigenden Kennlinie vorgegeben oder als logarithmische, mehrfach- logarithmische oder ähnlich verlaufende nichtlineare Kennlinie, auch in Kombination mit den erstgenannten Korrektur- Kennlinien konzipiert.With regard to the combined detection of labels and single, missing and multiple sheets, it is preferred here to specify the correction characteristic as an approximately linearly increasing and weighting or exponentially or similarly increasing characteristic or as a logarithmic, multiple-logarithmic or similarly running nonlinear characteristic, also designed in combination with the first mentioned correction characteristics.
Erfindungsgemäß wird es daher sowohl bei einem Verfahren wie mittels einer Vorrichtung ermöglicht, Etiketten, Klebe-, Ab- riss- bzw. Aufreißstellen und ähnliche aufgebaute Materialien auch ohne einen Teach-in-Schritt gut zu detektieren. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Flächengewichtsbereich bei Etiketten und gleichartigen Materialien etwa von 40 g/m2 bis etwa 300 g/m2 angesetzt werden kann, also relativ schmal ist.According to the invention, it is therefore possible both in a method and by means of a device to detect labels, adhesive, tear-off or tear-off points and similarly constructed materials well even without a teach-in step. It should be taken into account here that the basis weight range for labels and similar materials can be set from approximately 40 g / m 2 to approximately 300 g / m 2 , that is to say is relatively narrow.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass bei Etiketten unter Umständen bei geringen Grammaturdifferenzen zwischen Grund- oder Trägermaterial und den haftend aufgebrachten mehrfach geschichteten Materialien, wie z.B. Etiketten, ein relativ geringer Unterschied in der Bedämpfung, z.B. der Ultraschallwellen vorliegt, so dass es ein Bestreben ist, in der Zielkennli-
nie einen möglichst großen Spannungshub der Zielkennlinie ZK bei geringem Spannungshub der Messwert-Kennlinie MK zu erreichen.It should also be taken into account that in the case of labels, where there are possibly slight grammage differences between the base or carrier material and the multi-layer materials, such as labels, which are applied in an adhesive manner, there is a relatively small difference in the damping, for example the ultrasound waves, so that there is an effort to in the target characteristic never achieve the largest possible voltage swing of the target characteristic ZK with a small voltage swing of the measured value characteristic MK.
Die Korrektur-Kennlinie zur Detektion von Etiketten wird daher bevorzugterweise mindestens linear, wobei diese lineare Korrektur-Kennlinie KK gewichtende Funktion inne hat, oder expo- nentiell ansteigend gewählt.The correction characteristic curve for the detection of labels is therefore preferably at least linear, this linear correction characteristic curve KK having a weighting function, or is chosen to increase exponentially.
Als weitgehend ideale Zielkennlinie für Etiketten und dergleichen Materialien wird in optimaler Hinsicht die Funktion der AusgangsSpannung UA bzw. Uz in Abhängigkeit von der Grammatur g/m2 als Kurve bzw. Gerade angestrebt, und zwar mit möglichst großer und konstanter negativer Steigung (ΔUz=maximal und konstant) und somit maximaler Spannungsdifferenz. D.h. möglichst hohen Spannungshub (ΔUz=max.) bezüglich Grund- oder Trägermaterial und der haftend aufgebrachten, mehrfach geschichteten Materialien, wie z.B. Etiketten, selbst bei geringen Grammaturänderungen in Abhängigkeit von dem gesamten Grammatur- bzw. Flächengewichtsbereich.As a largely ideal target characteristic for labels and similar materials, the function of the output voltage U A or U z depending on the grammage g / m 2 as a curve or straight line is aimed in an optimal way, with a large and constant negative slope (ΔU z = maximum and constant) and thus maximum voltage difference. That is, the highest possible voltage swing (ΔU z = max.) With regard to the base or carrier material and the adherently applied, multi-layered materials, such as labels, even with slight changes in grammage, depending on the entire grammage or basis weight range.
Eine derartige ideale Zielkennlinie für die Detektion von Etiketten gestattet es daher, auch bei kleinen bis kleinsten Grammaturunterschieden ein eindeutiges Detektionssignal zum Erfassen von Etiketten und dergleichen Materialien zu erzeugen.Such an ideal target characteristic for the detection of labels therefore makes it possible to generate a clear detection signal for detecting labels and similar materials even with small to very small differences in grammage.
Bei Etiketten und dergleichen Materialien wird primär nach Vorhandensein oder Nicht orhandensein bzw. nach um wenigstens eine Lage verminderte Mehrfachlage ausgewertet.In the case of labels and the like materials, evaluation is primarily carried out for the presence or absence of, or for multiple layers reduced by at least one layer.
Die Erfindung gestattet es auch, eine derartige Kombination von Korrektur-Kennlinien, z.B. auch in getrennten Pfaden oder Kanälen, zu realisieren. Hierbei kann die logarithmische und/oder doppel-logarithmische Korrektur-Kennlinie, z.B. im ersten Kanal eingeprägt sein, um hierdurch primär die Doppelbogen-Erkennung • sicher realisieren zu können. Der zweite Kanal kann dann z.B. mit einer exponentiell oder linear ansteigenden Korrektur-Kennlinie beaufschlagt werden,
um in diesem Pfad die Detektion von Etiketten, Klebestellen oder Fadenerkennung optimal realisieren zu können. Diese Kombination der beiden gegenläufigen' Verf hren mit logarithmischer Korrektur-Kennlinie in Kombination mit exponen- tiell ansteigender Korrektur-Kennlinie, schafft daher eine optimale Detektionsmöglichkeit für Etiketten und derartige Materialien, wie Aufriss- bzw. Abrissstellen und/oder Aufreißfäden und Einfach-, Fehl- und Mehrfachbogen.The invention also makes it possible to implement such a combination of correction characteristic curves, for example also in separate paths or channels. Here, the logarithmic and / or double logarithmic correction characteristic to be stamped on the first channel, for example, to thereby primarily the double sheet detection • reliably achieved. The second channel can then, for example, be subjected to an exponentially or linearly increasing correction characteristic, in order to optimally implement the detection of labels, glue points or thread detection in this path. This combination of the two opposing methods with a logarithmic correction characteristic in combination with an exponentially increasing correction characteristic therefore creates an optimal detection possibility for labels and materials such as tear or tear points and / or tear threads and simple, faulty - and multiple sheets.
Bei der Etikettenerkennung ist es daher Ziel, über den gesamten Materialbereich bei vorgenannter Gestaltung der Korrektur- Kennlinie, einen möglichst großen und konstanten Signalhub durch die Zielkennlinie zu erreichen, d.h. dUz soll maximal bzw. konstant sein.In label recognition, it is therefore the goal to achieve the largest possible and constant signal swing through the target characteristic over the entire material range with the aforementioned design of the correction characteristic, ie dU z should be maximum or constant.
Im Gegensatz dazu beruht das Verfahren der Korrektur-Kennlinie zur Erkennung von Einfach-, Fehl- und Mehrfachbogen auf einer Ausgestaltung der Zielkennlinie, bei welcher über den gesamten Grammaturbereich zur Einfachbogenerkennung eine möglichst kleine Änderung der Amplitudenwerte, bzw. dUz=0, erreicht wird, im Idealfall also eine konstante Größe bzw. eine Zielkennlinie mit der Steigung von etwa 0.In contrast to this, the method of the correction characteristic curve for the detection of single, missing and multiple sheets is based on an embodiment of the target characteristic curve in which the smallest possible change in the amplitude values or dU z = 0 is achieved over the entire grammage range for single sheet detection , ideally a constant size or a target characteristic with a gradient of approximately 0.
Für praktische Zwecke erscheint die Kombination einer logarithmischen und einer linearen Korrektur-Kennlinie bedeutsam zu werden. Der Vorteil eines Signalverstärkers mit eingeprägter logarithmischer Korrektur-Kennlinie, bzw. einer ähnlichen Korrektur-Kennlinie, besteht vor allen Dingen darin, dass der Signalverstärker einen sehr großen Dynamikbereich besitzt, so dass ein großes Verhältnis der SpannungsSignale vom größten zum kleinsten Signal verarbeitet werden kann. Ein linearer Signalverstärker kann beispielsweise ein Spannungs-Signalverhältnis in der Größenordnung von 50:1, was etwa 34 dB entspricht, erreichen. Ein logarithmischer Signalverstärker erreicht hingegen etwa ein Spannungs-Signalverhältnis von 3xl04:l, was etwa 90 dB entspricht. Bei der Verwendung eines logarithmischen Signalverstärkers, worunter hier eine eingeprägte logarithmische Korrektur-Kennlinie verstanden wird, kann daher einer Signalübersteuerung bei hohen Signalamplituden entgegengewirkt werden. Diese Eigenschaft wird erfindungs-
gemäß in vorteilhafter Weise genutzt, um die Einfach-, Fehlbogen- bzw. Mehrfachbogenerkennung sowie die Detektion von stapelbaren Verpackungen, ohne die Durchführung eines Teach-in- Vorganges, über ein sehr breites Materialspektrum zu realisieren.The combination of a logarithmic and a linear correction characteristic appears to be important for practical purposes. The advantage of a signal amplifier with an impressed logarithmic correction characteristic, or a similar correction characteristic, is above all that the signal amplifier has a very large dynamic range, so that a large ratio of the voltage signals from the largest to the smallest signal can be processed. A linear signal amplifier can, for example, achieve a voltage-signal ratio on the order of 50: 1, which corresponds to approximately 34 dB. A logarithmic signal amplifier, on the other hand, achieves a voltage-signal ratio of 3 × 10 4 : 1, which corresponds to approximately 90 dB. When using a logarithmic signal amplifier, which is understood here as an impressed logarithmic correction characteristic curve, signal overdriving at high signal amplitudes can therefore be counteracted. This property is invented used in an advantageous manner in order to realize the single, missing sheet or multiple sheet detection as well as the detection of stackable packaging without performing a teach-in process over a very wide range of materials.
In vorteilhafter Weise können beim erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung auch logarithmische und/oder mehrfach-logarithmische Signalverstärker Verwendung finden, so dass das mögliche Materialspektrum zu dünnen bzw. sehr leichten Bögen hin erweitert wird. Dies beruht darauf, dass mit zunehmendem Signalpegel bei diesen Signalverstärkern die Kennlinie der Signalverstärkung in die Sättigung geht und damit praktisch kein Signalhub mehr vorhanden ist. Mit sinkender Signalverstärkung bei großen Signalen ergeben sich dementsprechend selbst bei geringsten Änderungen, wie beispielsweise sehr dünnen Bögen aus Papier zwischen Sender und Empfänger, auch weiterhin gut auswertbare Signale.In an advantageous manner, logarithmic and / or multiple logarithmic signal amplifiers can also be used in the method according to the invention and the corresponding device, so that the possible spectrum of materials is expanded to thin or very light arcs. This is due to the fact that with an increasing signal level in these signal amplifiers, the characteristic of the signal amplification saturates and there is practically no signal swing anymore. With decreasing signal amplification for large signals, even with the slightest changes, such as, for example, very thin sheets of paper between the transmitter and receiver, signals that can still be easily evaluated can still be obtained.
Ein weiterer Vorteil besteht bei der Verwendung von nichtlinearen, insbesondere logarithmischen und/oder mehrfach-logarithmischen Signalverstärkern darin, dass das detektierbare Materialspektrum zu dickeren bzw. schwereren Bögen hin erweitert wird. Dies resultiert daraus, dass bei geringem Signalpegel die Verstärkung sehr hoch ist und selbst schwächste Signale, die einen schweren bzw. dicken Einfachbogen noch durchdringen, genügend verstärkt werden und ausgewertet werden können. Diese Eigenschaft wird insbesondere für die Detektion von gestapelten Verpackungen oder auch die Erkennung von Einfachbogen, Fehl- bzw. Mehrfachbogen genutzt.Another advantage of using nonlinear, in particular logarithmic and / or multiple logarithmic signal amplifiers is that the detectable material spectrum is expanded to thicker or heavier arcs. This results from the fact that with a low signal level the amplification is very high and even the weakest signals, which still penetrate a heavy or thick single sheet, are amplified sufficiently and can be evaluated. This property is used in particular for the detection of stacked packaging or also for the detection of single sheets, missing or multiple sheets.
Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Korrektur-Kennlinie als synthetisierte Funktion, insbesondere empirisch ermittelt oder errechnet wird. Hierzu kann beispielsweise die Transmissionsdämpfung bzw. die daraus resultierende MesssignalSpannung in Abhängigkeit von der Grammatur bzw. von dem Flächengewicht des bzw. der zu de- tektierenden Objekte aufgetragen werden und in dieser Art die
Kennlinien des Messsignales einer Mehrzahl von unterschiedlichen Objekten ermittelt und daraus die optimale inverse oder nahezu inverse Korrektur-Kennlinie rechnerisch oder empirisch erstellt werden, um eine Zielkennlinie zu erreichen, die der idealen Zielkennlinie zur Erkennung von Einfachbogen mindestens angenähert ist .A further expedient development of the invention consists in that the correction characteristic curve is determined or calculated empirically, in particular empirically. For this purpose, for example, the transmission attenuation or the resulting measurement signal voltage can be plotted as a function of the grammage or the basis weight of the object or objects to be detected, and in this way the Characteristic curves of the measurement signal of a plurality of different objects are determined and the optimal inverse or almost inverse correction characteristic curve is arithmetically or empirically generated in order to achieve a target characteristic curve which is at least approximated to the ideal target characteristic curve for the detection of single sheets.
Auch besteht verfahrensmäßig die Möglichkeit, die Korrektur- Kennlinie fest einzuprägen oder aktiv zu steuern oder zu regeln, so dass für die zu untersuchenden Materialien eine noch bessere Annäherung an die ideale Zielkennlinie möglich wird.In terms of the method, there is also the possibility of permanently impressing the correction characteristic curve or actively controlling or regulating it, so that the materials to be examined can be even closer to the ideal target characteristic curve.
II
Für diese Steuerung bzw. Regelung können in der Auswerteeinrichtung z.B. ein Mikroprozessor, ein entsprechendes elektrisches Netzwerk zur Justierung der Korrektur-Kennlinie, ein anwendungsspezifischer Baustein oder ein Widerstandsnetzwerk verwendet werden .For this control or regulation, e.g. a microprocessor, a corresponding electrical network for adjusting the correction characteristic, an application-specific component or a resistance network can be used.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Zielkennlinie für unterschiedliche Materialspektren in mehrere Abschnitte, insbesondere drei Abschnitte oder fünf Abschnitte, unterteilt .According to a further embodiment of the invention, the target characteristic for different material spectra is divided into several sections, in particular three sections or five sections.
Bei drei Bereichen kann z.B. eine Teil-Zielkennlinie für den Grammaturbereich oberhalb von 1200 g/m2 für sehr dicke Papiere und ein anderer Abschnitt unterhalb von 20 g/m2 für ein sehr dünnes Papierspektrum gebildet werden. Die Einführung von Abschnitten der Zielkennlinie ermöglicht daher eine verbesserte Zuverlässigkeit im Hinblick auf die Einfach-, Fehl- oder Mehr- fachbogenerkennung .In three areas, for example, a partial target characteristic curve for the grammage range above 1200 g / m 2 for very thick papers and another section below 20 g / m 2 for a very thin paper spectrum can be formed. The introduction of sections of the target characteristic curve therefore enables improved reliability with regard to single, missing or multiple sheet detection.
Für Etiketten, Klebe- und Abrissstellen oder Aufreißfäden ist es zweckmäßig, wenigstens eine Detektionsschwelle vorzugeben, wobei bei Unterschreiten der Detektionsschwelle dies als "Mehrfachanlage" und bei Überschreiten dies als "Trägermateral oder als um mindestens eine Lage verminderte Mehrfachanlage" ausgewertet wird.
Im Hinblick auf eine klare Detektion von Einfachbogen, Fehlbogen oder Mehrfachbogen, insbesondere Doppelbogen, wird der Amplitudenwert anhand der Zielkennlinie mit Schwellwerten verglichen. Dies sind insbesondere ein oberer Schwellwert für Luft und ein unterer Schwellwert für Doppel- oder Mehrfachbogen.For labels, adhesive and tear-off points or tear threads, it is expedient to specify at least one detection threshold, this being evaluated as a “multiple system” when the detection threshold is undershot and as a “carrier material or as a multiple system reduced by at least one layer” if this is exceeded. With a view to clear detection of single sheets, missing sheets or multiple sheets, in particular double sheets, the amplitude value is compared with threshold values on the basis of the target characteristic. These are in particular an upper threshold for air and a lower threshold for double or multiple sheets.
Ist daher das empfangene Messsignal mit dem entsprechenden Wert der Zielkennlinie größer als der obere Schwellwert, so wird dies als "Fehlbogen" ausgewertet. Ein empfangenes Messsignal kleiner als der untere Schwellwert bedeutet einen "Mehrfach- bzw. Doppelbogen" . Bei einem empfangenen Messsignal mit dem entsprechenden Wert auf der Zielkennlinie zwischen den Schwellwerten, wird dies als "Einfachbogen" detektiert.Therefore, if the received measurement signal with the corresponding value of the target characteristic is greater than the upper threshold value, this is evaluated as a "missing sheet". A received measurement signal lower than the lower threshold value means a "multiple or double sheet". In the case of a received measurement signal with the corresponding value on the target characteristic between the threshold values, this is detected as a "single sheet".
Zur Verbesserung der Detektionsmöglichkeiten, insbesondere im Hinblick auf eine genauere Einstellung auf das zu erfassende Materialspektrum, können die Schwellwerte, insbesondere für Mehrfachbogen, durchgehend oder abschnittsweise fest definiert oder dynamisch mitführbar ausgelegt werden.In order to improve the detection possibilities, in particular with regard to a more precise adjustment to the material spectrum to be recorded, the threshold values, in particular for multiple sheets, can be designed to be continuously defined or in sections, or can be designed to be dynamic.
Eine dynamische Doppelbogenschwelle kann in diesem Sinn zu einer zusätzlichen Erweiterung der messbaren Grammaturen benutzt werden. Hierzu kann z.B. der Einzelbogenwert gemessen und mit dem zugehörigen Mehrfachbogenwert z.B. als Polygon-Funktion bewertet werden, wenn es sich dabei um eine einfache Funktion, wie z.B. eine abfallende Gerade oder einen konstanten Wert für den Einzelbogen handelt .In this sense, a dynamic double sheet threshold can be used to further expand the measurable grammages. For this, e.g. the single sheet value measured and with the associated multiple sheet value e.g. be evaluated as a polygon function if it is a simple function, e.g. a falling straight line or a constant value for the single arc.
Verfahren und Vorrichtung lassen sich insbesondere mittels mindestens einer Ultraschall-Sensoreinrichtung gut realisieren. Die Sensoreinrichtung weist hierbei vorzugsweise mindestens ein aufeinander abgestimmtes und koaxial ausgerichtetes Ultraschall-Wandlerpaar auf.The method and the device can be implemented particularly well by means of at least one ultrasound sensor device. In this case, the sensor device preferably has at least one pair of coordinated and coaxially aligned ultrasound transducers.
Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung sind jedoch- auch mit optischen, kapazitiven oder induktiven Sensoren anwendbar.However, the method and device according to the invention can also be used with optical, capacitive or inductive sensors.
Bei Ultraschall-Sensoren hat es sich insbesondere gezeigt, dass sich auch flächige Objekte mit Bedruckung, Farbbedruckung oder spiegelnden Oberflächen gut detektieren lassen. Auch ist
es möglich, das Sensorpaar, insbesondere bei Schranken und bei einer Montage in Gabelform, senkrecht oder geneigt zur Bogen- ebene anzubringen.In the case of ultrasound sensors, it has been shown in particular that even flat objects with printing, color printing or reflecting surfaces can be easily detected. Is too it is possible to attach the pair of sensors, particularly in the case of barriers and when mounting in a fork shape, perpendicular or inclined to the plane of the curve.
Zweckmäßigerweise ist die Betriebsart der Sensoreinrichtung abhängig von den zu detektierenden Materialspektren und den Betriebsbedingungen als Impulsbetrieb oder kontinuierlicher Betrieb wählbar bzw. umschaltbar.The operating mode of the sensor device is expediently selectable or switchable as a pulse operation or continuous operation depending on the material spectra to be detected and the operating conditions.
Bei kontinuierlichem Betrieb ist eine geneigte Montage des Sensorpaares vorzuziehen, um mittels dieser Maßnahme Interferenzen bzw. stehende Wellen zu vermeiden. Zweckmäßigerweise wird der kontinuierliche Betrieb sozusagen als quasi-kontinuierlicher Betrieb ausgelegt, indem z.B. periodisch, im Vergleich zur Auswertzeit kurzen Zeiträumen, das Signal abgeschaltet und wieder eingeschaltet wird. Zur Vermeidung von stehenden Wellen können auch Phasensprünge im Sendesignal vorgesehen werden.In the case of continuous operation, it is preferable to mount the pair of sensors at an angle to avoid interference or standing waves using this measure. The continuous operation is expediently designed as a quasi-continuous operation, for example by periodically, compared to the evaluation time short periods, the signal is switched off and on again. To avoid standing waves, phase jumps can also be provided in the transmission signal.
Die geneigte Montage des Sensorelementenpaares eignet sich insbesondere zur Detektion dickerer Materialien, z.B. einwelliger, oder mehrwelliger, insbesondere zweiwelliger Wellpappe, um auf diese Weise eine bessere Materialdurchdringung zu erreichen und Interferenzen zu vermeiden.The inclined mounting of the pair of sensor elements is particularly suitable for the detection of thicker materials, e.g. single-wall or multi-wall, in particular double-wall corrugated cardboard, in order to achieve better material penetration and to avoid interference.
Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, das Sendesignal mit mindestens einer Modulationsfrequenz zu modulieren. Hiermit können insbesondere bei Ultraschall-Sensoren Toleranzen der Wandler korrigiert bzw. kompensiert werden. Obwohl die Sensorelemente aufeinander abgestimmt werden, haben sie in der Regel verschiedene Resonanzfrequenzen. Wird zu einer Frequenzmodulation ein Frequenzsweep fs mit einer Frequenz, deutlich kleiner als die anregende Frequenz genutzt, so wird das Resonanzmaximum der Sensorelemente periodisch überschritten. Sofern die Ansprechzeit des Sensors deutlich kleiner ist als l/fS/ können auf diese Art und Weise die Wandlereigenschaften eines jeden individuellen Sensorelementes bzw. Sensorpaares optimal zur Ultraschall-Transmission genutzt werden.
Der Frequenzsweep wird normalerweise bis zu einigen 10 kHz betragen.It has also proven to be advantageous to modulate the transmission signal with at least one modulation frequency. With this, tolerances of the transducers can be corrected or compensated, in particular in the case of ultrasonic sensors. Although the sensor elements are matched to one another, they generally have different resonance frequencies. If a frequency sweep f s with a frequency significantly lower than the exciting frequency is used for frequency modulation, the resonance maximum of the sensor elements is periodically exceeded. If the response time of the sensor is significantly less than l / f S / , the transducer properties of each individual sensor element or sensor pair can be optimally used for ultrasound transmission in this way. The frequency sweep will normally be up to some 10 kHz.
Die Toleranzen der Sensorelemente werden zweckmäßigerweise automatisch vor oder während des laufenden Betriebes korrigiert. Dies geschieht durch Normierung der Sensorelementpaare auf einen festen Wert bei einem vorgegebenen festen Abstand, insbesondere dem optimalen Montageabstand. Hierdurch werden schlechte Sensorelemente besser gemacht und gute Sensorelemente bzw. Wandler schlechter gemacht. Um dies auszugleichen, ist ein Korrekturfaktor notwendig. Verfahrensgemäß kann dies durch die Verwendung von einer im Mikroprozessor uP als Wertepaare abgelegten oder berechneten Geraden geschehen, da das Messsignal bereits mit z.B. einer einfach-logarithmischen Korrektur- Kennlinie bewertet ist und die Korrektur-Kennlinie eine etwa linear fallende Zielkennlinie über den Wandler- bzw. Sensorelementabstand erzeugt. D.h. das EingangsSignal am Mikroprozessor einer Auswerteeinrichtung fällt in guter Näherung linear mit dem Wandlerabstand ab. Daher fällt die Korrektur der Werte auch bei variablem Abstand einfach, da beim Einschalten einer entsprechenden Vorrichtung nur eine Geradenfunktion für den richtigen Anfangswert berechnet oder als Wertepaar abgelegt werden muss. Die korrekte Bestimmung es Sensorkopfab- stands wird durch eine LaufZeitmessung vorgenommen.The tolerances of the sensor elements are expediently corrected automatically before or during operation. This is done by normalizing the sensor element pairs to a fixed value at a predetermined fixed distance, in particular the optimal mounting distance. As a result, bad sensor elements are made better and good sensor elements or transducers are made worse. A correction factor is necessary to compensate for this. According to the method, this can be done by using a straight line which is stored or calculated as value pairs in the microprocessor uP, since the measurement signal is already with e.g. a simple logarithmic correction characteristic is evaluated and the correction characteristic generates an approximately linearly falling target characteristic over the transducer or sensor element distance. That the input signal at the microprocessor of an evaluation device drops linearly with the transducer distance to a good approximation. Therefore, the correction of the values is easy even with a variable distance, since when a corresponding device is switched on, only a straight line function for the correct initial value has to be calculated or stored as a pair of values. The correct determination of the sensor head distance is carried out by a run time measurement.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens mittels Ultraschall kann darin gesehen werden, dass der Abstand zwischen Sender und Empfänger in der Sensoreinrichtung für dieses Teach-in-freie Verfahren variabel gestaltbar ist. Mit anderen Worten, die Sensoreinrichtung kann an unterschiedliche Applikationen im Hinblick auf ihren Abstand relativ rasch angepasst werden, ohne dass hierdurch die Messpräzision des Verfahrens beeinträchtigt wird. Eine weitere Verbesserung des Verfahrens kann durch die Überwachung des Abstandes zwischen Sender und Empfänger und dessen Bestimmung herbeigeführt werden. Diese Bestimmung des Abstandes zwischen Sender und Empfänger kann einerseits durch Reflexion der Strahlung zwischen Sender und Empfänger realisiert werden und andererseits auch mittels Reflexion zwi-
sehen Sender und Empfänger trotz eines im Zwischenraum vorliegenden flächigen Materials, sogar eines dicken Bogens . Sollte ein Überschreiten des zulässigen maximalen Sensorabstandes festgestellt werden, so kann die Auswerteeinrichtung, z.B. ein Mikroprozessor, eine entsprechende Korrektur der ermittelten Amplitudenwerte des Messsignales abhängig vom Abstand zwischen Sender und Empfänger durchführen.A particular advantage of the method using ultrasound can be seen in the fact that the distance between transmitter and receiver in the sensor device can be configured variably for this teach-in-free method. In other words, the sensor device can be adapted to different applications relatively quickly with regard to its distance, without the measuring precision of the method being impaired thereby. A further improvement of the method can be brought about by monitoring the distance between transmitter and receiver and determining it. This determination of the distance between the transmitter and receiver can be realized on the one hand by reflection of the radiation between the transmitter and receiver and on the other hand by means of reflection between see transmitter and receiver despite a flat material in the space in between, even a thick sheet. If it is determined that the permissible maximum sensor distance has been exceeded, the evaluation device, for example a microprocessor, can carry out a corresponding correction of the determined amplitude values of the measurement signal depending on the distance between the transmitter and receiver.
Die Ausrichtung des Senders und Empfängers zueinander erfolgt in der HauptStrahlungsrichtung, insbesondere koaxial, zueinander, wobei nahezu beliebige Neigungswinkel zur Bogenebene vorgesehen werden können.The transmitter and receiver are aligned with one another in the main radiation direction, in particular coaxially, with one another, with almost any angle of inclination to the plane of the arc being able to be provided.
Bei der Detektion von einwelliger oder mehrwelliger Wellpappe erfolgt dies zweckmäßigerweise etwa orthogonal zur breitesten Fläche der Welle der Wellpappe.When single-wall or multi-wall corrugated board is detected, this is expediently carried out approximately orthogonally to the widest surface of the corrugated board shaft.
Im Hinblick auf eine optimale Detektion kann verfahrensmäßig auch eine Rückkopplung zwischen Sender und Auswerteeinrichtung, insbesondere ein Mikroprozessor, vorgesehen sein, um unter Berücksichtigung der Materialspezifikation der zu untersuchenden flächigen Objekte und weiterer Betriebsbedingungen, am Ausgang eine maximale Amplitude zu erhalten. Es ist auch eine Regelung auf die optimale Sendefrequenz möglich. Mit dieser Maßnahme können auch Alterungseffekte der Sensorelemente ausgeglichen und eine Produktprüfung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bei der Serienherstellung voll automatisiert werden.In terms of optimal detection, a method can also be used to provide feedback between the transmitter and the evaluation device, in particular a microprocessor, in order to obtain a maximum amplitude at the output, taking into account the material specification of the flat objects to be examined and other operating conditions. It is also possible to regulate the optimum transmission frequency. With this measure, aging effects of the sensor elements can also be compensated for and a product test of the device according to the invention, in a particularly advantageous embodiment of the invention, can be fully automated during series production.
Um zum Erkennen von Etiketten, Klebe- und Abrissstellen und Aufreißfäden noch eine verbesserte Detektionssicherheit zu erreichen, können diese Objekte zwischen Sender und Empfänger hindurchbewegt werden, so dass abhängig vom empfangenen 'Spezifischen Messsignal des Objektes automatisch oder extern ge- triggert die entsprechende Schaltschwelle für die Zielkennlinie bestimmbar ist.In order to achieve even better detection security for recognizing labels, adhesive and tear-off points and tear threads, these objects can be moved between the transmitter and receiver so that, depending on the specific measurement signal of the object received, the corresponding switching threshold for the object is automatically or externally triggered Target characteristic is determinable.
Da die Etikettenerkennung zweckmäßigerweise Verfahrens- und vorrichtungsmäßig mittels eines zweiten Kanales erfolgt, bleibt eine Teach-in-freie Detektion für Einfach- bzw. Mehr-
fachbogen, welche mit einem ersten Kanal der Auswerteeinrichtung realisiert wird, unberührt.Since the label recognition is expediently carried out by means of a second channel in terms of method and device, there remains a teach-in-free detection for single or multiple Subject sheet, which is realized with a first channel of the evaluation device, is not affected.
In vorteilhafter Weiterbildung ist zwischen der Auswerteeinrichtung und dem Sender eine Rückkopplung vorgesehen, mittels der eine Maximierung der Amplitude des empfangenen Messsignales durchführbar ist. Auch wird bevorzugt, einen Selbstab- gleich zwischen Sender und Empfänger im Hinblick auf eine optimale Sendefrequenz und/oder Amplitude vorzusehen. Dieser Selbstabgleich kann in zur Sendefrequenz synchronisierten Zeiten, in fest definierten Pausenzeiten oder auch über einen extern an der Sensoreinrichtung vorgesehenen separaten Eingang durchgeführt werden.In an advantageous development, a feedback is provided between the evaluation device and the transmitter, by means of which the amplitude of the received measurement signal can be maximized. It is also preferred to provide a self-alignment between transmitter and receiver with regard to an optimal transmission frequency and / or amplitude. This self-adjustment can be carried out in times synchronized with the transmission frequency, in defined pause times or also via a separate input provided externally on the sensor device.
Im Hinblick auf eine optimale Prozesssteuerung für Anlagen, in denen das Verfahren und die Vorrichtung angewendet werden, eignet es sich, zur Digitalisierung des analogen Messsignales wenigstens einen A/D-Wandler oder einen Schwellwertgenerator vorzusehen, um die weitere Verarbeitung der Werte digital durchführen zu können.With regard to optimal process control for systems in which the method and the device are used, it is suitable to provide at least one A / D converter or a threshold value generator for digitizing the analog measurement signal in order to be able to carry out the further processing of the values digitally ,
Insbesondere bei der Verarbeitung und Selektion verschiedener Signale mehrerer Signalverstärkungseinrichtungen wird die An- steuerung und Auswahl der entsprechenden Kanäle und Signale bevorzugt über Zeitmultiplex-Einrichtungen durchgeführt.In particular when processing and selecting various signals from a plurality of signal amplification devices, the activation and selection of the corresponding channels and signals is preferably carried out via time-division multiplexing devices.
Zur besseren Detektion von länglichen auf Trägermaterial auf- laminierten Objekte und Materialien, insbesondere mittels Ultraschall- oder optischen Sensoren, empfiehlt es sich, zwischen Sender und dem zu detektierenden länglichen Objekt mindestens eine Loch- und/oder Schlitzblende zur Verbesserung der räumlichen Auflösung vorzusehen und die Anwesenheit des Objekts kontinuierlich zu detektieren.For better detection of elongated objects and materials laminated onto carrier material, in particular by means of ultrasound or optical sensors, it is advisable to provide at least one pinhole and / or slit diaphragm between the transmitter and the elongate object to be detected, and to improve the spatial resolution Detect presence of the object continuously.
Speziell zur Verbesserung der Detektion von auf einem Grundoder Trägermaterial haftend aufgebrachten Materialfäden, z.B. Aufreißfäden bei Verpackungsfolien für Zigaretten, erfolgt die Anordnung der Blenden, und hierbei insbesondere der Schlitz- blenden, in Fadenlaufrichtung. Dies ist üblicherweise eine Anordnung der Blende zur Laufrichtung der länglichen Objekte.
Bei der Überwachung von geschuppten aneinander liegender Bogen werden Schlitz- bzw. Lochblenden um 90° zur Bewegungsrichtung der Bogen ausgerichtet.The diaphragms, and in particular the slit diaphragms in particular, are arranged in the thread running direction to improve the detection of material threads adhering to a base or carrier material, for example tear threads in packaging foils for cigarettes. This is usually an arrangement of the diaphragm for the direction of travel of the elongated objects. When monitoring scaled sheets lying next to each other, slit or perforated diaphragms are aligned by 90 ° to the direction of movement of the sheets.
Bei der Verwendung von Blenden wird das zwischen Sender, Empfänger und Blende geführte längliche Objekt, z.B. ein auf einem Trägermaterial auflaminierter Faden, möglichst nahe über der Blende schwebend oder diese gleitend berührend realisiert. Die Anordnung des Senders, speziell bei Ultraschall-Sensoren, erfolgt zweckmäßigerweise unterhalb des zu detektierenden Bo- gens, da in diesem Fall die maximale Sendeenergie ausgekoppelt werden kann und Selbstreinigungseffekte am Sensorkopf genutzt werden können. Eine Umkehrung der Anordnung mit dem Empfänger ist jedoch ebenfalls möglich, sofern der Signalstärkeverlust hingenommen werden kann .When using diaphragms, the elongated object guided between the transmitter, receiver and diaphragm, e.g. a thread laminated onto a carrier material, hovering as close as possible over the screen or slidingly touching it. The arrangement of the transmitter, especially in the case of ultrasound sensors, is advantageously carried out below the sheet to be detected, since in this case the maximum transmission energy can be coupled out and self-cleaning effects on the sensor head can be used. However, it is also possible to reverse the arrangement with the receiver, provided that the loss of signal strength can be accepted.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Darstellungen und Diagramme sowie mit Bezug auf zugrunde liegende Messprinzipien näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with the aid of schematic representations and diagrams and with reference to the underlying measurement principles. Show it:
Fig. 1 das Prinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens sowie blockschaltartig eine entsprechende Vorrichtung unter Einbeziehung von Spannungsdiagrammen nach den Fig. la, lb, lc, welche die Struktur der Kennlinien bei der Detektion von Bögen aus Papier, Folien oder dergleichen Materialien verdeutlichen;Fig. 1 shows the principle of a method according to the invention and block-like a corresponding device including voltage diagrams according to Figures la, lb, lc, which illustrate the structure of the characteristic curves in the detection of sheets of paper, foils or similar materials.
Fig. 2 das Prinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens sowie blockschaltartig eine entsprechende Vorrichtung unter Einbeziehung von Spannungsdiagrammen nach den Fig. 2a, 2b, 2c, 2d welche die Struktur der Kennlinien bei der Detektion von Etiketten, Aufreißstellen und dergleichen Materialien verdeutlichen;FIG. 2 shows the principle of a method according to the invention and a corresponding device in block diagram form, including voltage diagrams according to FIGS. 2a, 2b, 2c, 2d, which illustrate the structure of the characteristic curves in the detection of labels, tear-open points and similar materials;
Fig. 3a ein Kurvendiagramm, welches die schematische Abhängigkeit der Ausgangsspannung eines Verstärkers, wie in Fig. 1 beispielhaft aufgezeigt, in Abhängigkeit von der Grammatur bzw. dem Flächengewicht von zu de-
tektierenden Materialien zeigt, wobei idealisierte Zielkennlinien miteinbezogen sind;3a shows a curve diagram which shows the schematic dependency of the output voltage of an amplifier, as shown in FIG. 1 by way of example, as a function of the grammage or the basis weight of the tectating materials, including idealized target characteristics;
Fig. 3b ein schematisches Diagramm analog zu Fig. 3a mit der AusgangsSpannung eines Verstärkers in Abhängigkeit von der Grammatur bzw. dem Flächengewicht der zu untersuchenden Materialien, wobei mehrere Zielkennlinien zusammen mit entsprechenden Schwellwerten, z.B. Luftschwelle, Doppelbogenschwelle, dargestellt sind;Fig. 3b is a schematic diagram analogous to Fig. 3a with the output voltage of an amplifier as a function of the grammage or the basis weight of the materials to be examined, with several target characteristics together with corresponding threshold values, e.g. Air threshold, double arch threshold are shown;
Fig. 4a eine schematische Darstellung, wie bei bekannter Messwert-Kennlinie und idealer Zielkennlinie für Einfach- bzw. Doppelbogenerkennung im kartesischen Koordinatensystem die Korrektur-Kennlinie ermittelt werden kann;4a shows a schematic representation of how the correction characteristic curve can be determined in the Cartesian coordinate system in the case of a known measured value characteristic curve and ideal target characteristic curve for single or double sheet detection;
Fig. 4b eine schematische Darstellung, bezogen auf die Etikettenerkennung mit idealer Zielkennlinie, bekannter Messwert-Kennlinie und einer zur Transformation erforderlichen Korrektur-Kennlinie;4b shows a schematic illustration, based on the label recognition with ideal target characteristic curve, known measured value characteristic curve and a correction characteristic curve required for transformation;
Fig. 4c eine schematische Darstellung der Kennlinien beiFig. 4c is a schematic representation of the characteristics
Doppelbogenerkennung, sofern keine ideale Zielkennlinie vorliegt;Double sheet detection if there is no ideal target characteristic;
Fig. 4d eine Darstellung von Kennlinien zur Doppelbogenerkennung mit Spiegelung an einer gedachten Achse unter Einbeziehung der Transformation nach Fig. 4f ;4d shows characteristic curves for double sheet detection with reflection on an imaginary axis, including the transformation according to FIG. 4f;
Fig. 4e eine schematische Darstellung von Kennlinien für die Etikettenerkennung mit Spiegelung an der gedachten Achse unter Berücksichtigung Fig. 4f;
Fig. 4f schematisch eine Transformation des kartesischen Koordinatensystems um einen Winkel α mit Darstellung einer Bezugsachse des neuen' Koordinatensystems;4e shows a schematic illustration of characteristic curves for label recognition with reflection on the imaginary axis, taking into account FIG. 4f; 4f schematically shows a transformation of the Cartesian coordinate system by an angle α with a reference axis of the new ' coordinate system;
Fig. 4g eine schematische Darstellungen von idealer Zielkennlinie und realen Zieϊkennlinien bei der Doppelbogenerkennung;4g shows a schematic representation of the ideal target characteristic and real drawing characteristics in double sheet detection;
Fig. 4h eine schematische Darstellung einer idealen Zielkennlinie und einer realistischen Zielkennlinie für die Etikettenerkennung;4h shows a schematic representation of an ideal target characteristic and a realistic target characteristic for label recognition;
Fig. 4i schematische Darstellungen einer Messwert-Kennlinie und Korrektur-Kennlinie bei der Einfach- bzw. Doppelbogenerkennung, wobei die Korrektur-Kennlinie eine aus einer e-Funktion und einer Umkehrfunktion abgeleitete Kennlinie darstellt, mit daraus ermittelten Zielkennlinien;4i schematic representations of a measured value characteristic and correction characteristic in single or double sheet detection, the correction characteristic representing a characteristic derived from an e-function and a reversing function, with target characteristics determined therefrom;
Fig. 4j schematische Darstellung einer aus einer gewichteten Hyperbel abgeleiteten Messwert-Kennlinie sowie eine aus einer logarithmischen Funktion abgeleiteten Korrektur-Kennlinie mit daraus ermittelter Zielkennlinie für die Einfach- bzw. Doppelbogenerkennung;4j shows a schematic representation of a measured value characteristic derived from a weighted hyperbola and a correction characteristic derived from a logarithmic function with the target characteristic determined therefrom for single or double sheet detection;
Fig. 5a eine schematische Prinzipdarstellung der bei der Detektion eines Doppelbogens von Material mittels Ultraschallwellen beispielhaft vorliegenden Messkriterien;5a is a schematic illustration of the principle of the measurement criteria present as an example in the detection of a double sheet of material by means of ultrasound waves;
Fig. 5b in vergleichbarer Weise wie in Fig. 5a die schematische Darstellung einer Klebestelle zwischen einem Material-Doppelbogen und die sich hierbei erhebenden Messkriterien bei Erfassung mittels Ultraschall;
Fig. 5c die schematische Darstellung von auf einem Grundoder Trägermaterial haftend aufgebrachte Materialien, teils als einfach geschichtete und teils als mehrfach geschichtete Materialien, wobei dieser Aufbau die Struktur einer Etikette zeigt;FIG. 5b in a manner comparable to that in FIG. 5a, the schematic representation of an adhesive point between a double sheet of material and the measurement criteria that arise in this case when recorded by means of ultrasound; 5c shows the schematic representation of materials adhered to a base or carrier material, partly as single-layered and partly as multi-layered materials, this structure showing the structure of a label;
Fig. 6 in blockschaltartiger Darstellung das Verfahren und eine Vorrichtung am Beispiel einer Kombination von verschiedenen Korrektur-Kennlinien;6 shows the method and a device in the form of a block diagram using the example of a combination of different correction characteristic curves;
Fig. 7 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 6, wobei das Prinzip für das Einstellen einer Korrektur-Kennlinie und das Berechnen einer Korrektur-Kennlinie mit Rückwirkung auf die Schaltungsblöcke dargestellt ist;FIG. 7 shows a schematic illustration similar to FIG. 6, the principle for setting a correction characteristic curve and calculating a correction characteristic curve with feedback on the circuit blocks being illustrated;
Fig. 8 eine schematische Darstellung für die empirische Bestimmung einer Messwert-Kennlinie über einen großen Grammatur- bzw. Flächengewichtsbereich;8 shows a schematic illustration for the empirical determination of a measured value characteristic over a large grammage or basis weight range;
Fig. 9 eine schematische blockschaltartige Darstellung eines Verfahrens bzw. der entsprechenden Vorrichtung mit der Kombination z.B. der Mehrfachbogenerkennung mit der Erkennung von auf Trägermaterial haftend aufgebrachten Materialschichten bzw. Etiketten;Fig. 9 is a schematic block diagram representation of a method or the corresponding device with the combination e.g. the multiple sheet detection with the detection of material layers or labels adhered to the carrier material;
Fig. 10 schematisch ein Diagramm der normierten Ausgangs-10 schematically shows a diagram of the standardized output
Spannung UA über den Grammaturbereich mit konstanter bzw. dynamischen Doppelbogenschwellen,Voltage U A over the grammage range with constant or dynamic double arc thresholds,
Fig. 11 eine Zielkennlinie mit eingezeichnetem oberen und unteren Flatterbereich, und11 shows a target characteristic curve with the upper and lower flutter region shown, and
Fig. 12 mit den Darstellungen zu Fig. 12a und 12b die Anordnung eines Sensors mit optimaler Ausrichtung bei einer einwelligen Wellpappe und entsprechend Fig. 12b,
die analoge Ausrichtung eines Sensors bei zweiwelliger Wellpappe.12 with the representations of FIGS. 12a and 12b the arrangement of a sensor with optimal alignment in a single-wall corrugated cardboard and corresponding to FIG. 12b, the analog alignment of a sensor with corrugated cardboard.
Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren und eine Vorrichtung mit blockschaltartigem Aufbau und den an bestimmten Punkten erzielbaren Spannungsverlaufen im Sinne von Kennlinien über einen Grammatur- bzw. Flächengewichtsbereich g/m2 eines zu detektierenden Materialspektrums .The diagram according to FIG. 1 schematically shows the method according to the invention and a device with a block-type structure and the voltage curves that can be achieved at certain points in the sense of characteristic curves over a grammage or basis weight range g / m 2 of a material spectrum to be detected.
Die weitere Erörterung erfolgt auf der Basis einer Ultraschall-Sensoreinrichtung, wobei prinzipiell jedoch auch andere Sensoreinrichtungen optischer, kapazitiver oder induktiver Art eingesetzt werden können.The further discussion is based on an ultrasound sensor device, although in principle other sensor devices of an optical, capacitive or inductive type can also be used.
Eine entsprechende Sensoreinrichtung 10 weist hierbei einerseits einen Sender T und einen dazu ausgerichteten, gegenüberliegenden Empfänger R auf, zwischen denen die zu detektierenden flächigen Objekte, im Beispiel in Bogenform berührungslos hindurchbewegt werden.A corresponding sensor device 10 in this case has on the one hand a transmitter T and an opposing receiver R aligned therewith, between which the flat objects to be detected, in the example in the form of an arc, are moved without contact.
In Fig. 1 ist beispielhaft ein Mehrfachbogen als Doppelbogen 2 dargestellt .In Fig. 1, a multiple sheet as double sheet 2 is shown as an example.
Da für dieses prinzipielle Beispiel die Amplitudenauswertung des Messsignales UM zur Detektion eines Einzelbogens, eines Fehlbogens, d.h. keines Bogens, oder eines Doppel- bzw. Mehr- fachbogens, vorausgesetzt wird, ist ein möglicher Spannungs- verlauf UM in Abhängigkeit von der Grammatur bzw. dem Flächengewicht g/m2 für die Messkennlinie MK in Fig. la gezeigt.Since the amplitude evaluation of the measurement signal U M for the detection of a single sheet, a missed sheet, ie no sheet, or a double or multiple sheet, is assumed for this basic example, a possible voltage curve U M is dependent on the grammage or the basis weight g / m 2 for the measurement characteristic MK shown in FIG.
Im Hinblick auf eine eindeutige sichere Entscheidung, ob ein Einfachbogen, ein Doppelbogen oder ein Fehlbogen vorliegt, ist es Ziel der Erfindung, unter Berücksichtigung von Schwellwerten, wie z.B. für die Luftschwelle oder als Doppelbogenschwelle, eindeutige Schnittpunkte mit diesen Schwellwerten bzw. möglichst große Spannungsabstände zu diesen Schwellwerten zu erhalten.
Die der Erfindung zugrunde liegende Kenntnis geht davon aus, dass bei gattungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen im Stand der Technik, bei der Mehrfachbogen-Erkennung und einer angenommenen, nachfolgenden näherungsweise linearen Verstärkung, gegebenenfalls mit weiterer Filterung und Auswertung, in Abhängigkeit von der Grammatur bzw. dem Flächengewicht, eine Kennlinie für das verstärkte Messsignal erhalten wird, die im Wesentlichen stark nichtlinear, insbesondere exponentiell, mehrfach exponentiell bzw. hyperbelförmig oder ähnlich verläuft, wobei über einen großen gewünschten Einsatzbereich des Materialspektrums eine unsichere und Fehler behaftete Detekti-- on häufig vorliegt, dies mit einem einfachen Prinzip abzuändern.With regard to a clear, reliable decision as to whether a single sheet, a double sheet or a missing sheet is present, it is the aim of the invention, taking into account threshold values, such as for the air threshold or as a double sheet threshold, to unambiguously intersect with these threshold values or as large a voltage gap as possible to get these thresholds. The knowledge on which the invention is based assumes that in the case of generic methods and devices in the prior art, in the case of multiple sheet detection and an assumed, subsequent approximately linear amplification, if appropriate with further filtering and evaluation, depending on the grammage or Weight per unit area, a characteristic curve for the amplified measurement signal, which is essentially strongly non-linear, in particular exponential, multiple exponential or hyperbolic or similar, whereby an uncertain and error-prone detection is frequently present over a large desired range of use of the material spectrum, this to change with a simple principle.
Das erfindungsgemäße Prinzip lautet deswegen, eine Korrektur- Kennlinie zu berücksichtigen und diese z.B. der dem Empfänger nachfolgenden Auswerteschaltung einzuprägen, wozu insbesondere die nachfolgende Verstärkereinrichtung geeignet ist, um über den gewünschten Grammaturbereich eine gut auswertbare Ziel- Kennlinie für eine sichere Detektion mit der Entscheidung zu erreichen, ob ein Einfachbogen, kein Bogen oder ein Mehrfachinsbesondere Doppelbogen, vorliegt.The principle according to the invention is therefore to take into account a correction characteristic and e.g. to impress the evaluation circuit following the receiver, for which purpose the following amplifier device is particularly suitable in order to achieve a target characteristic which can be easily evaluated over the desired grammage range for reliable detection by deciding whether a single sheet, no sheet or a multiple, in particular double sheet, is present.
Eine derartige Korrektur-Kennlinie KK ist in Fig. lb schematisch dargestellt. Diese Korrektur-Kennlinie, die in Fig. lb die Abhängigkeit zwischen der AusgangsSpannung UA von der Eingangsspannung UE nur prinzipiell zeigt, verdeutlicht im Vergleich mit der Mess-Kennlinie MK nach Fig. la, die ebenfalls nur schematisch den Verlauf des Messsignales UM zeigt, dass relativ hohe Spannungswerte UM über den Grammaturbereich gesehen, keine oder nur eine geringe Verstärkung erfahren, während kleinere Spannungswerte, z.B. bei relativ großen Flächengewichten (g/m2) eine wesentlich höhere, gegebenenfalls exponen- tielle Verstärkung erfahren.Such a correction characteristic KK is shown schematically in FIG. 1b. This correction characteristic curve, which only shows in principle the dependence between the output voltage U A and the input voltage U E in FIG. 1b, illustrates in comparison with the measurement characteristic curve MK according to FIG. 1 a, which likewise only shows the course of the measurement signal U M only schematically shows that relatively high voltage values U M seen over the grammage range experience no or only a slight gain, while smaller voltage values, for example with relatively large basis weights (g / m 2 ), experience a significantly higher, possibly exponential gain.
Die daraus resultierende Zielkennlinie ZK mit der Spannung Uz in Abhängigkeit von der Grammatur (g/m2) ist in Fig. lc ebenfalls nur schematisch dargestellt. Die gewünschte ZK kann e-
benfalls aus einer punktweisen Abbildung (implizite KK) des Messsignals UM zum gewünschten Ausgangssignal Uz transformiert werden und somit die gewünschte Zielkennlinie ZK erreicht werden. Dazu wird ein Verstärker mit einstellbarer Verstärkung notwendig, ■ der dann die Korrekturkennlinie aus einem μp erhält .The resulting target characteristic curve ZK with the voltage U z as a function of the grammage (g / m 2 ) is also only shown schematically in FIG. 1c. The desired ZK can can also be transformed from a point-by-point mapping (implicit KK) of the measurement signal U M to the desired output signal U z and thus the desired target characteristic ZK can be achieved. For this, a variable gain amplifier is necessary ■ which then receives the correction characteristic of a uP.
Die Abbildung des Messsignals UM zum gewünschten Ausgangssignal Uz anhand der KK kann ebenfalls statt wertdiskret also punktweise, auch wertkontinuierlich erfolgen.The mapping of the measurement signal U M to the desired output signal U z on the basis of the KK can also be done point-by-point instead of value-discretely, also continuously.
Diese in Fig. lc gezeigte Zielkennlinie könnte exemplarisch den mit durchgezogener Linie dargestellten Verlauf aufweisen, der drei Bereiche hat. Einen ersten und einen dritten relativ steil abfallenden Bereich sowie einen mittleren, nur relativ geringfügig zur Abszisse geneigten Bereich, der einen großen Grammaturbereich umfasst.This target characteristic curve shown in FIG. 1 c could have, for example, the curve shown by the solid line, which has three areas. A first and a third relatively steeply sloping area and a middle area, which is inclined only relatively slightly to the abscissa and which comprises a large grammage area.
Da der erste und der dritte Bereich im Hinblick auf eine sichere Detektionsanzeige bzw. eindeutiges Schaltverhalten der Vorrichtung einen optimaleren Verlauf zeigen könnte, ist mit unterbrochenem Linienzug eine durch die Endpunkte der ersten Zielkennlinie ZKl gehende, linear abfallende Zielkennlinie ZK2 als verbesserte Zielkennlinie dargestellt.Since the first and the third area could show a more optimal course with regard to a reliable detection display or unambiguous switching behavior of the device, a linearly decreasing target characteristic ZK2 going through the end points of the first target characteristic ZK1 is shown with an interrupted line as an improved target characteristic.
Im Hinblick auf die in Fig. 1 vom Prinzip her und blockschalt- mäßig dargestellte Vorrichtung 1 zur Detektion von Einfachbogen, Fehlbogen oder Mehrbogen, ist das am Empfänger R. erhaltene Messsignal UM einer Auswerteeinrichtung 4 zugeführt. Die Auswerteeinrichtung 4 ist vereinfachend mit der Verstärkereinrichtung 5 und nachgeschaltet einem Mikroprozessor 6 dargestellt.With regard to the device 1 for the detection of single sheets, missing sheets or multiple sheets shown in principle in block diagram form in FIG. 1, the measurement signal U M received at the receiver R. is fed to an evaluation device 4. The evaluation device 4 is shown in a simplified manner with the amplifier device 5 and downstream of a microprocessor 6.
Der Verstärkereinrichtung 5 wird im Beispiel die Korrektur- Kennlinie KK vorgegeben bzw. eingeprägt, so dass am Ausgang die Zielkennlinie ZKl bzw. ZK2 zur weiteren Auswertung im Mikroprozessor 6 erhalten wird. Der Mikroprozessor 6- kann dann unter Berücksichtigung gespeicherter oder dynamisch errechneter Daten, wie Schwellwerte, ein entsprechendes Detektions- signal im Hinblick auf Einfachbogen, Fehlbogen oder Mehrfachbogen, insbesondere Doppelbogen erzeugen.
In Fig. 2 und den zugeordneten Fig. 2a, 2b, 2c, 2d ist schematisch das Verfahren und eine Vorrichtung dargestellt zur Detektion von Etiketten und gleichartigen Materialien, ohne dass ein Teach-in-Schritt durchgeführt werden müsste. Die Bezugszeichen entsprechen hierbei den Bezugszeichen aus Fig. 1.In the example, the correction characteristic KK is specified or impressed in the amplifier device 5, so that the target characteristic ZK1 or ZK2 is obtained at the output for further evaluation in the microprocessor 6. The microprocessor 6- can then generate a corresponding detection signal with regard to single sheets, missing sheets or multiple sheets, in particular double sheets, taking into account stored or dynamically calculated data, such as threshold values. 2 and the associated FIGS. 2a, 2b, 2c, 2d schematically show the method and a device for the detection of labels and similar materials without a teach-in step having to be carried out. The reference symbols here correspond to the reference symbols from FIG. 1.
Der blockschaltartige Aufbau zeigt einen Sender T, z.B. für die Abstrahlung von Ultraschallwellen, und einen zugeordneten Empfänger R als Sensoreinrichtung 10. Zwischen Sender T und Empfänger R werden Etiketten 7 hindurchge ührt . Ziel der Vorrichtung ist es daher einerseits zu erkennen, ob Etiketten oder keine Etiketten vorliegen. Andererseits ist es auch möglich die Anzahl der durch die Sensoreinrichtung geführten Etiketten festzustellen.The block-type structure shows a transmitter T, e.g. for the emission of ultrasonic waves, and an assigned receiver R as a sensor device 10. Labels 7 are passed through between the transmitter T and the receiver R. The aim of the device is therefore on the one hand to recognize whether labels or no labels are present. On the other hand, it is also possible to determine the number of labels passed through the sensor device.
Das bei Vorhandensein eines Etiketts im Empfänger R erhaltene Messsignal UM bzw. UE kann z.B. den schematisch angedeuteten Kennlinien-Verlauf über die Grammatur mit etwa linear, nicht- linear, exponentiell oder dergleichen ähnlich abfallenden Verlauf haben.The measurement signal U M or U E obtained when a label is present in the receiver R can, for example, have the schematically indicated curve of the characteristic curve over the grammage, with a curve that drops approximately linearly, non-linearly, exponentially or the like.
Die nachfolgende Auswerteeinrichtung, die z.B. eine Verstärkereinrichtung 5 und nachgeschaltet einen Mikroprozessor 6 aufweisen kann, erhält im Verstärker 5 eine Korrektur- Kennlinie, welche z.B. linear ansteigend (I.) oder exponentiell ansteigend (II.) wie in Fig. 2b gezeigt, ausgelegt sein kann. Am Ausgang des Verstärkers 5 wird unter Berücksichtigung der Korrektur-Kennlinie z.B. nach Fig. 2b eine Zielkennlinie über den Grammaturbereich erreicht, wie sie in Fig. 2c durch denn Kurvenverlauf I. oder II. dargestellt ist.The following evaluation device, which e.g. can have an amplifier device 5 and a microprocessor 6 connected downstream, receives a correction characteristic in the amplifier 5, which e.g. linearly increasing (I.) or exponentially increasing (II.) as shown in FIG. 2b. At the output of amplifier 5, taking into account the correction characteristic, e.g. a target characteristic over the grammage range as shown in FIG. 2c by the curve shape I or II.
Ein idealer Verlauf der Zielkennlinie zur Etikettenerkennung ist in dem Diagramm nach Fig. 2 vom Prinzip her gezeigt.An ideal course of the target characteristic curve for label recognition is shown in principle in the diagram according to FIG. 2.
Diese Zielkennlinie ZKi hat den Verlauf einer negativ fallenden Geraden, von kleineren Grammaturen zu größeren Grammaturen, wobei optimalerweise eine konstante Steigung und eine maximale Spannungsdifferenz für die AusgangsSpannung Uz bei
kleinen Grammaturunterschieden über den gesamten zur Detektion von Etiketten vorgesehenen Grammatur- bzw. Flächengewichtsbereich erreicht werden sollte.This target characteristic ZKi has the course of a negative falling straight line, from smaller grammages to larger grammages, optimally a constant slope and a maximum voltage difference for the output voltage U z small differences in grammage should be achieved over the entire grammage or basis weight range intended for the detection of labels.
Wie nachfolgend noch erläutert, kann die Korrektur-Kennlinie KK auch eine Kombination einzelner unterschiedlicher Kennlinien sein. Auch andere Korrektur-Kennlinien wie logarithmisch oder mehrfachlogarithmisch können abhängig vom Kennlinien- Verlauf des Messsignales UM und der Verstärkungs-Kennlinie eingesetzt werden. Hierbei ist es das Ziel, nach Möglichkeit eine ideale Kennlinie ZKi, wie in Fig. 2 dargestellt, zu erreichen.As will be explained below, the correction characteristic curve KK can also be a combination of individual different characteristic curves. Other correction characteristic curves, such as logarithmic or multiple logarithmic, can also be used depending on the characteristic curve profile of the measurement signal U M and the gain characteristic curve. The aim here is to achieve an ideal characteristic curve ZKi, as shown in FIG. 2, if possible.
Die Kurvenverlaufe nach den Fig. 2a, 2b, 2c zeigen zwei Beispiele unterschiedlicher Kennlinien. Einerseits für das Messsignal UM nach Fig. 2a mit dem Kennlinien-Verlauf MK einer ersten Kennlinie I und einer Kennlinie II mit unterbrochenem Linienzug.The curve profiles according to FIGS. 2a, 2b, 2c show two examples of different characteristic curves. On the one hand for the measurement signal U M according to FIG. 2a with the characteristic curve MK of a first characteristic I and a characteristic II with an interrupted line.
Diese unterschiedlichen Kennlinien für das Messsignal MK I und MK II werden dann über beispielhaft dargestellte schematische Korrektur-Kennlinien KK in Fig. 2b derart transformiert, dass am Ausgang der Auswertung ein Kennlinien-Verlauf für die Zielkennlinie ZK entsprechend der Fig. 2c erreicht werden kann.These different characteristic curves for the measurement signals MK I and MK II are then transformed via exemplary correction characteristic curves KK shown in FIG. 2b in such a way that a characteristic curve course for the target characteristic curve ZK according to FIG. 2c can be achieved at the output of the evaluation.
Zur weiteren Verdeutlichung ist in Fig. 2d in schematischer Darstellung die AusgangsSpannung UA einer Verstärkereinrichtung über den Grammaturbereich mit einem exemplarischen Verlauf einer Messwert-Kennlinie MKE für ein Etikett und der Zielkennlinie ZKE dargestellt, wie dies unter Berücksichtigung einer dem Verstärker eingeprägten Korrektur-Kennlinie KK erreichbar ist. Die Darstellung gilt exemplarisch für die Erkennung von Etiketten bzw. von Klebestellen. Zur Erreichung der gewünschten Zielkennlinie ZKE wird die Messwert-Kennlinie MKE mittels einer geeigneten Korrektur-Kennlinie KK transformiert. Hierbei wird sozusagen jeder Punkt der Messwert-Kennlinie MKE kontinuierlich oder wertdiskret bei digitalen Systemen, in einen entsprechenden Wert auf der Zielkennlinie ZKE transfor-
miert. Dies ist zur Verdeutlichung anhand der Pfeile dargestellt.For further clarification, the output voltage U A of an amplifier device over the grammage range is shown in a schematic representation in FIG. 2 d with an exemplary course of a measured value characteristic MK E for a label and the target characteristic ZK E , as is taken into account with a correction impressed on the amplifier. Characteristic curve KK can be reached. The illustration applies to the recognition of labels or glue points. To achieve the desired target characteristic ZK E , the measured value characteristic MK E is transformed by means of a suitable correction characteristic KK. Here, so to speak, every point of the measured value characteristic MK E is transformed continuously or value-discretely in digital systems into a corresponding value on the target characteristic ZK E mized. This is illustrated by the arrows for clarification.
Im Eingangsbereich bei sehr dünnen Materialien, z.B. bei einer Grammatur zwischen 1 bis 8 g/m2 kann die Verstärkerspannung sehr leicht im Sättigungsbereich liegen. Andererseits kann durch die Verwendung von Folien bei Etiketten auch rasch der Grenzbereich des Verstärkers zum Rauschen erreicht werden, da Folien sehr stark bedampfen.In the input range for very thin materials, for example with a grammage between 1 to 8 g / m 2 , the amplifier voltage can very easily be in the saturation range. On the other hand, the use of foils for labels can also quickly reach the limit range of the amplifier for noise, since foils vaporize very strongly.
Im Diagramm ist dies etwa im Bereich der Grammatur von 100 bis 300 g/m2 erkennbar.This can be seen in the diagram in the grammage range from 100 to 300 g / m 2 .
Speziell bei derartigen Messwert-Kennlinien MKE lässt sich das Verfahren der Kennlinienkorrektur besonders vorteilhaft einsetzen, so dass eine Sättigung des Messsignales bei sehr dünnen und stark dämpfenden Materialien vermieden wird, wodurch letztlich eine einwandfreie Detektion des Vorliegens bzw. Nichtvorliegens von Etiketten gewährleistet wird.The method of characteristic curve correction can be used particularly advantageously in the case of such measurement value characteristic curves MK E , so that saturation of the measurement signal is avoided in the case of very thin and strongly damping materials, which ultimately ensures flawless detection of the presence or absence of labels.
Exemplarisch ist zum Vergleich mit der Etikettendetektion in der Fig. 2d noch ein möglicher Verlauf der Messwert-Kennlinie MKDB für einen Einzelbogen zur Doppelbogendetektion von vorzugsweise Papiermaterialien dargestellt, welche sich im oberen Grammaturbereich etwa asymptotisch der Doppelbogenschwelle DBS nähert .For comparison with the label detection in FIG. 2d, a possible course of the measured value characteristic MK DB for a single sheet for double sheet detection of preferably paper materials is shown as an example, which approaches the double sheet threshold DBS approximately asymptotically in the upper grammage range.
Das Diagramm gemäß Fig. 3a zeigt als schematische Darstellung die prinzipielle Abhängigkeit eines normierten Ausgangsspannungssignals UA/p.u. eines Signalverstärkers in Abhängigkeit vom Flächengewicht bzw. der Grammatur (g/m2) bei unterschiedlich ausgelegten Signalverstärkern für Einfach- und Mehrfachbogen, speziell Doppelbogen.The diagram according to FIG. 3a shows a schematic representation of the basic dependency of a standardized output voltage signal U A / pu of a signal amplifier as a function of the basis weight or the grammage (g / m 2 ) in the case of differently designed signal amplifiers for single and multiple sheets, especially double sheets.
Die Linie I in Fig. 3a symbolisiert einen weitgehend idealisierten Verlauf in der AusgangsSpannung von Einfachbögen in Abhängigkeit von der Grammatur bei Verwendung eines näherungs- weise linearen Signalverstärkers 5, wobei ein näherungsweiser exponentieller Abfall der Spannungslinie vorliegt. Diese Spannungskennlinie I berücksichtigt noch keine Korrektur-Kennlinie KK.
Aus dieser etwa exponentiell abfallenden Spannungskennlinie I wird durch Verwendung der dem entsprechenden Signalverstärker inhärenten bzw. eingeprägten nichtlinearen, insbesondere logarithmischen und/oder doppellogarithmischen Korrektur-Kennlinie KK, eine angestrebte Zielkennlinie II für Einfachbögen über einen' sehr großen Grammaturbereich, d.h. verschiedenster Materialien.The line I in FIG. 3a symbolizes a largely idealized course in the output voltage of single sheets as a function of the grammage when using an approximately linear signal amplifier 5, with an approximately exponential drop in the voltage line. This voltage characteristic I does not take into account any correction characteristic KK. From this approximately exponentially decreasing voltage characteristic curve I, by using the nonlinear, in particular logarithmic and / or double logarithmic correction characteristic curve KK inherent or impressed in the corresponding signal amplifier, a desired target characteristic curve II for single sheets over a ' very large grammage range, that is to say various materials.
•Die Zielkennlinie II symbolisiert somit eine Kennlinie für das Ausgangssignal bei Einzelbδgen bei Verwendung eines logarithmischen Signalverstärkers, wobei die Zielkennlinie II einen näherungsweise linearen Abfall aufweist.• The target characteristic curve II thus symbolizes a characteristic curve for the output signal in the case of single arcs when using a logarithmic signal amplifier, the target characteristic curve II exhibiting an approximately linear drop.
Als Schaltschwellen sind im Diagramm nach Fig. 3a einerseits die Luftschwelle und andererseits die Doppelbogenschwelle beispielhaft eingetragen. Die Schnittpunkte der Zielkennlinie II nach Fig. 3a mit der Luftschwelle bzw. der Doppelbogenschwelle zeigen eine ausreichend große Steilheit, um einen definierten relativ kleinen Materialbereich herum.3a, the air threshold and, on the other hand, the double arc threshold are entered as examples in the diagram according to FIG. 3a. The intersection points of the target characteristic curve II according to FIG. 3a with the air threshold or the double arch threshold show a sufficiently high steepness around a defined, relatively small material area.
Der in der Nähe der Doppelbogenschwelle weitgehend asymptotische Verlauf der Kurve I wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Transformation einer Kurve I mit einer Korrektur-Kennlinie KK zur Zielkennlinie II, wodurch ein größerer Abstand des Spannungswertes für Einzelbögen gegenüber der Doppelbogenschwelle für schwerere Grammaturen bzw. Flächengewichte erreicht wird.The largely asymptotic course of curve I in the vicinity of the double-arch threshold is transformed into a target characteristic II by the transformation of a curve I with a correction characteristic curve KK, whereby a greater distance of the tension value for single sheets compared to the double-arch threshold for heavier grammages or basis weights is achieved ,
Dieses Beispiel verdeutlicht, dass die Detektion als "Fehlbogen" bzw. Luft" oder als "Mehrfach- oder Doppelbogen" über einen großen Grammatur- und Flächengewichtsbereich ohne einen Teach-in-Vorgang entsprechend der Erfindung sehr gut erreichbar ist.This example illustrates that the detection as "missing sheet" or air "or as" multiple or double sheet "over a large grammage and basis weight range can be easily achieved without a teach-in process according to the invention.
Eine Signaltransformation von dem Messsignal UM auf ein konstantes Ausgangssignal UA des Einfachbogens über den gesamten Grammaturbereich bei im Idealfall mittigem Spannungswert zwischen den beiden Schwellwerten, nämlich oberem Schwellwert für Fehlbogen bzw. Luft und unterem Schwellwert für Mehrfachbogen bzw. Doppelbogen, wäre das erreichenswerte Ideal, d.h. entspräche der idealen Zielkennlinie ZK für den Einfachbogen. Diese ideale Zielkennlinie ist in Fig. 3b mit I markiert.
Weiterhin ist in Fig. 3a eine Kurve la gezeigt, die ein Mehr- fachbogensignal, insbesondere ein Doppelbogensignal bei Verwendung eines näherungsweise linearen Signalverstärkers zeigt, wobei die Kurve la einen näherungsweise doppelt-exponentiellen Abfall der Mehrfachbogen-Kennlinie aufweist.A signal transformation from the measurement signal U M to a constant output signal U A of the single sheet over the entire grammage range with ideally a central voltage value between the two threshold values, namely the upper threshold value for missing sheets or air and the lower threshold values for multiple sheets or double sheets, would be the ideal to be achieved , ie corresponds to the ideal target characteristic ZK for the single curve. This ideal target characteristic is marked I in Fig. 3b. 3a also shows a curve la which shows a multiple-arc signal, in particular a double-arc signal when using an approximately linear signal amplifier, the curve la having an approximately double-exponential drop in the multiple-curve characteristic.
Die weiterhin beispielhaft dargestellte Kurve Ila symbolisiert ein Mehrfachbogensignal, insbesondere ein Doppelbogensignal, mit logarithmischer Korrektur-Kennlinie, wodurch näherungswei- ■ se ein einfach exponentieller Abfall der Mehrfachbogen- Kennlinie Ila erreicht wird.The curve Ila further exemplified symbolizes a multiple sheet signal, in particular a double sheet signal, with logarithmic correction characteristic, whereby näherungswei- ■ se a simple exponential decay of Mehrfachbogen- characteristic Ila is achieved.
Fig. 3b zeigt mehrere Zielkennlinien von Einzelbogen mit der Darstellung der normierten Ausgangsspannung UA/p.u. des Signalverstärkers in Abhängigkeit von der Grammatur bzw. dem Flächengewicht (g/m2) bei Verwendung unterschiedlicher Signalverstärker.3b shows several target characteristic curves of single sheets with the representation of the standardized output voltage U A / pu of the signal amplifier as a function of the grammage or the basis weight (g / m 2 ) when using different signal amplifiers.
Es sind verschiedene Grenz- und Schwellenwerte eingezeichnet. So kennzeichnet die oberste horizontale Linie mit unterbrochenem Linienzug beispielhaft die Sättigungsgrenze bzw. maximale Versorgungsspannung für einen eingesetzten Signalverstärker. Weiterhin ist exemplarisch bei etwa 0,7 UA/p.u. der Schwellwert für Luft bzw. einem Fehlbogen dargestellt. Bei einem Wert von UA mit etwa 0,125 ist die Doppelbogenschwelle und darunter liegend die Schwelle für das Rauschen von elektrischen Signalverstärkern beispielhaft eingezeichnet .Various limit and threshold values are shown. For example, the top horizontal line with a broken line marks the saturation limit or maximum supply voltage for a signal amplifier used. Furthermore, the threshold value for air or a missing sheet is shown as an example at about 0.7 U A / pu. At a value of U A of approximately 0.125, the double arc threshold and, below that, the threshold for the noise of electrical signal amplifiers are shown as examples.
Die horizontale Linie I in Fig. 3b kennzeichnet eine ideale Zielkennlinie für Einfachbögen. Diese ideale Zielkennlinie zeigt keine Sättigung für dünne Materialien und hat einen hohen Abstand zur Schwelle des Rauschens bzw. zur Doppelbogenschwelle. Diese ideale Zielkennlinie bedeutet, dass die Ausgangsspannung UA der Signalverstärkung bei Eingabe verschiedenster Grammaturen bzw. Flächengewichte in idealer Weise ein konstantes Signal ergeben würde.The horizontal line I in Fig. 3b indicates an ideal target characteristic for single sheets. This ideal target characteristic shows no saturation for thin materials and is at a high distance from the noise threshold or the double-arc threshold. This ideal target characteristic curve means that the output voltage U A of the signal amplification would ideally result in a constant signal if a wide variety of grammages or grammages were entered.
Da hohe Störabstände bei dieser idealen Zielkennlinie für Einfachbogen gegenüber den eingezeichneten Schwellwerten vorlie-
gen, kann von einem sicheren Schalten und einer sicheren Detektion von Einfachbogen, Fehlbogen oder Doppelbogen ausgegangen werden .Since there are high signal-to-noise ratios for this ideal target curve for single sheets compared to the threshold values shown. safe switching and detection of single sheets, missing sheets or double sheets can be assumed.
Mit der Kurve II ist eine nichtlineare Zielkennlinie mit zwei Zweigen Ila und Ilb dargestellt, die aufgrund des Wendepunkts relativ schwierig zu realisieren ist, aber als eine der idealen Zielkennlinie I für Einzelbogen angenäherte Kennlinie betrachtet werden kann .Curve II shows a non-linear target characteristic with two branches Ila and Ilb, which is relatively difficult to implement due to the turning point, but can be regarded as a characteristic approximating the ideal target characteristic I for single sheets.
Die relativ flach verlaufenden Teilbereiche von Ila und Ilb könnten realisiert werden, wobei der Bereich Ila für leichtere Grammaturen zweckmäßigerweise über eine nahezu lineare Signalverstärkung realisiert werden kann. Der Bereich Ilb für schwerere Grammaturen kann z.B. mittels einer doppelt-logarithmischen Signalverstärkung realisiert werden, wobei der stark nach unten abfallende Knick aufgrund der Bedämpfungseigen- schaften von Papieren mit sehr hoher Grammatur sich bei der technischen Realisierung als zu aufwändig erweist.The relatively flat partial areas of Ila and Ilb could be realized, the area Ila for lighter grammages advantageously being able to be realized via an almost linear signal amplification. The area Ilb for heavier grammages can e.g. can be realized by means of a double logarithmic signal amplification, the steeply falling kink proving to be too complex in technical implementation due to the damping properties of papers with a very high grammage.
Die Kurve III stellt eine Zielkennlinie dar, die die Endpunkte der Kurve II auf einfachste Art und Weise mittels einer 2- Punkt-Geraden Verbindung einem Idealverlauf wie in der Kurve I dargestellt annähert. Z.B. kann dies durch die Verwendung eines mindest einfach-logarithmischen Signalverstärkers bewirkt werden und zeigt die Linearisierung der Messwerte für Einfachbogen über einen großen Grammaturbereich unter Berücksichtigung einer entsprechenden Korrektur-Kennlinie.Curve III represents a target characteristic curve which approximates the end points of curve II in the simplest way by means of a 2-point straight line connection to an ideal course as shown in curve I. For example, This can be achieved by using a minimum of simple logarithmic signal amplifiers and shows the linearization of the measured values for single sheets over a large grammage range taking into account a corresponding correction characteristic.
Die Kurve III weist eindeutige Durchgänge für die Schwellwerte für Luft bzw. für einen Doppelbogen auf, so dass eindeutige Schaltpunkte und Detektionskriterien in' Bezug auf diese Schwellwerte vorliegen.The curve III has clear passages for the threshold values for air or for a double sheet, so that clear shift points and detection criteria are present in 'relation to these thresholds.
Zielkennlinien gemäß den Kurven I, II und III erlauben daher eindeutige Detektionen über ein gegenüber dem Stand der Technik verbreiterten Materialspektrum.
Die weiterhin dargestellte Kurve IV zeigt eine ungeeignete Zielkennlinie für Einzelbogen. Einerseits liegt sowohl im oberen Bereich ein asymptotischer Verlauf der Kurve IV zur Sättigungsgrenze und andererseits im unteren Bereich zum Schwell- wert des Rauschens vor. Ein derartiger asymptotischer Verlauf sollte auch gegenüber den Schaltschwellen zu Luft bzw. zum Doppelbogen vermieden werden, da aufgrund geringer Signalunterschiede zu diesen Schwellen eine klare Unterscheidung der Zustände, Fehlbogen oder Doppelbogen, dann problematisch wäre.Target characteristic curves according to curves I, II and III therefore allow unambiguous detections over a material spectrum that is broadened compared to the prior art. Curve IV, which is also shown, shows an unsuitable target characteristic for single sheets. On the one hand there is an asymptotic course of curve IV to the saturation limit in the upper area and on the other hand to the threshold value of the noise in the lower area. Such an asymptotic course should also be avoided with respect to the switching thresholds for air or for double arcs, since a clear distinction of the states, missing arcs or double arcs, would then be problematic because of the small signal differences to these thresholds.
Der steile Abfall der Kurve IV im mittleren Bereich erfasst in diesem Beispiel nur einen kleinen Grammaturbereich mit klarer Unterscheidung zu Fehlb'ogen oder Doppelbogen.The steep drop of the curve IV in the central region detected ogen to Fehlb 'or double sheets only a small gram weight range, with a clear distinction in this example.
Da erfindungsgemäß die Zielkennlinie über ein sehr großes Materialspektrum eine eindeutige Detektion für Einfachbogen, Fehlbogen oder Doppelbogen zulassen soll, sollte ein Verlauf gemäß Kurve IV, vermieden werden.Since, according to the invention, the target characteristic curve is to allow unambiguous detection for single sheets, missing sheets or double sheets over a very large material spectrum, a course according to curve IV should be avoided.
Die in den Fig. 1, 2, 3a und 3b aufgezeigten Grundsätze der Erfindung zeigen daher, bei der Auswertung des empfangenen Messsignales eine Signalverstärkung einzusetzen, der eine Korrektur-Kennlinie vorgegeben wird, die die Kennlinie der Ausgangsspannung UA/p.u. in Abhängigkeit von der Grammatur der flächigen Objekte über einen großen Grammaturbereich invers oder nahezu invers oder der idealen Kennlinie zur Einfachbogenerkennung angenäherten Zielkennlinie in geeigneter Weise nachbildet. In dieser Weise wird eine lineare bzw. nahezu lineare Abhängigkeit zwischen dem von dem Empfänger empfangenen Messsignal UE und der SignalSpannung UA am Ausgang des Signals- Verstärkers erreicht.The principles of the invention shown in FIGS. 1, 2, 3a and 3b therefore show that when evaluating the received measurement signal, a signal amplification is used, which is given a correction characteristic curve, which is the characteristic curve of the output voltage U A / pu depending on the Grammage of the flat objects over a large grammage range inversely or almost inversely or the target characteristic curve approximated to the ideal characteristic curve for single sheet detection in a suitable manner. In this way, a linear or almost linear dependency is achieved between the measurement signal U E received by the receiver and the signal voltage U A at the output of the signal amplifier.
Fig. 4a zeigt schematisch im kartesischen Koordinatensystem mit dem Materialspektrum g/m2 auf der Abszisse und der prozentualen SignalausgangsSpannung UA auf der Ordinate einen beispielhaften Verlauf einer Messwert-Kennlinie MKDB für die Erkennung von Einfach- bzw. Doppelbogen.4a schematically shows in the Cartesian coordinate system with the material spectrum g / m 2 on the abscissa and the percentage signal output voltage U A on the ordinate an exemplary course of a measured value characteristic MK DB for the detection of single or double sheets.
Die ideale Zielkennlinie ZKi für die Erkennung von Einfach-, Fehl- oder Doppelbogen ist eine Konstante mit Steigung 0
(HDB=0) . Die erforderliche Korrektur-Kennlinie KKDB ist für dieses Beispiel ebenfalls dargestellt. Hieraus wird erkennbar, dass zunächst eine Transformation der Punkte der Messwert- Kennlinie MK in Richtung der Pfeile P nach unten und anschließend für größer werdende Grammaturen eine Transformation nach oben erfolgt, um die ideale Zielkennlinie ZKi für die Einfachbogenerkennung zu erreichen.The ideal target characteristic ZKi for the detection of single, missing or double sheets is a constant with a slope of 0 (H DB = 0). The required correction characteristic KK DB is also shown for this example. From this it can be seen that first the points of the measured value characteristic MK are transformed in the direction of the arrows P downward and then for larger grammages a transformation upward in order to achieve the ideal target characteristic ZKi for single sheet detection.
Das Beispiel nach Fig. b zeigt entsprechende Verläufe der Kennlinien für Etiketten.The example according to FIG. B shows corresponding courses of the characteristic curves for labels.
Die Messwertkennlinie MKE ist mit durchgezogenem Linienzug exemplarisch dargestellt.The measured value characteristic MK E is shown as an example with a solid line.
Die ideale Zielkennlinie ZKE stellt eine Gerade mit negativer Steigung bzw. hohem Hub dar.The ideal target characteristic ZK E represents a straight line with a negative slope or high stroke.
Die für die Transformation erforderliche Korrektur-Kennlinie KKE ist mit unterbrochenem Linienzug gezeigt und weist in diesem Fall eine Unstetigkeitsstelle im Schnittpunkt zwischen Messwert-Kennlinie MKE und Zielkennlinie ZKE auf.The correction characteristic KK E required for the transformation is shown with an interrupted line and in this case has a point of discontinuity at the intersection between the measured value characteristic MK E and the target characteristic ZK E.
Die Fig. 4c zeigt schematisch den Verlauf der Kennlinien für die Einfach- bzw. Doppelbogenerkennung für einen Fall, in dem nicht die ideale Zielkennlinie, sondern eine reale Zielkennlinie ZKDBr erreicht wird. Die reale Zielkennlinie ZKDBr hat daher einen Hub HDBr, der größer als 0 ist. Die eingezeichnete Messwert-Kennlinie MKDB könnte in diesem Fall durch das Einprägen, z.B. der Korrektur-Kennlinie KKDB, als oberer, durchgezogener Linienzug, in die Zielkennlinie ZKDBr transformiert werden. Diese Transformation ist mittels der Pfeile P angedeutet.4c schematically shows the course of the characteristic curves for single or double sheet detection for a case in which not the ideal target characteristic, but a real target characteristic ZK DBr is achieved. The real target characteristic ZK DBr therefore has a stroke H DBr that is greater than 0. In this case, the drawn-in measured value characteristic curve MK DB could be transformed into the target characteristic curve ZK DBr by impressing, for example, the correction characteristic curve KK DB as an upper, continuous line. This transformation is indicated by the arrows P.
Das Diagramm nach Fig. 4d zeigt schematisch die Transformation einer Messwert-Kennlinie MKDB für die Einfach- bzw. Doppelbogenerkennung zur gewünschten Zielkennlinie ZKDB. Die Abszisse kennzeichnet das Materialspektrum g/m2, wobei der realistische Messbereich MDBr angedeutet ist.The diagram according to FIG. 4d schematically shows the transformation of a measured value characteristic MK DB for single or double sheet detection to the desired target characteristic ZK DB . The abscissa marks the material spectrum g / m 2 , the realistic measuring range M DBr being indicated.
Auf der Ordinate ist die SignalausgangsSpannung UA des Messwertes prozentual angedeutet. Diese entspricht etwa dem Dämpfungsmaß dB .
Weiterhin sind die virtuellen Endpunkte El und E2 als ge'dachte Schnittpunkte der Messwert-Kennlinie MKDB mit der Zielkennlinie ZKDB gezeigt.The signal output voltage U A of the measured value is indicated as a percentage on the ordinate. This corresponds approximately to the attenuation measure dB. Furthermore, the virtual endpoints El and E2 as shown ge 'covered intersections of the measuring value characteristic MK DB with the target characteristic ZK DB.
Bei bekannter Messwert-Kennlinie MKDB bei der Doppelbogenerkennung ist daher zur Erreichung einer, linearen Zielkennlinie ZKDB eine Korrektur-Kennlinie KKDB erforderlich, wie sie mit unterbrochenem Linienzug zwischen den Endpunkten El und E2 gezeigt ist. Gedanklich erfolgt daher die Transformation der Messwert-Kennlinie MKDB in Richtung der Pfeile zur realen Zielkennlinie ZKDB. Dies wird sozusagen durch eine Spiegelung der Messwert-Kennlinie MKDB an der Achse ZKDB nach Koordinatentransformation erreicht.Therefore, in known measuring value characteristic MK DB in the double sheet detection of a linear target characteristic ZK DB is a correction characteristic KK DB necessary to achieve, as in broken line between the end points El and E2 shown. In theory, therefore, the measured value characteristic MK DB is transformed in the direction of the arrows to the real target characteristic ZK DB . This is achieved, so to speak, by mirroring the measured value characteristic MK DB on the ZK DB axis after coordinate transformation.
Diese Koordinatentransformation aus dem kartesischen Koordinatensystem in ein neues Koordinatensystem x" , y' ist vereinfacht in Fig.4f dargestellt.This coordinate transformation from the Cartesian coordinate system into a new coordinate system x ", y 'is shown in simplified form in FIG. 4f.
Die weitere Darstellung nach Fig. 4e zeigt schematisch die Transformation der Messwert-Kennlinie MKE bei Etiketten in die gewünschte, ideale Zielkennlinie ZKE mittels der erforderlichen Korrektur-Kennlinie KKE.The further representation according to FIG. 4e schematically shows the transformation of the measured value characteristic MK E for labels into the desired, ideal target characteristic ZK E by means of the required correction characteristic KK E.
Bei bekannter Messwert-Kennlinie MKE kann die Korrektur- Kennlinie KKE mittels Spiegelung von MKE an der Achse der Zielkennlinie ZKE nach erfolgter Koordinatentransformation (siehe Fig. 4f) erreicht werden. Die in Fig. 4f dargestellte Koordinatentransformation zeigt vereinfachend die Verschiebung für ein geradliniges Koordinatensystem x, y um einen Winkel α. X, y sind hierbei z.B. die Achsen des kartesischen geradlinigen Koordinatensystem.If the measured value characteristic MK E is known , the correction characteristic KK E can be achieved by mirroring MK E on the axis of the target characteristic ZK E after the coordinate transformation (see FIG. 4f). The coordinate transformation shown in FIG. 4f shows, in a simplified manner, the shift for a rectilinear coordinate system x, y by an angle α. X, y are, for example, the axes of the Cartesian rectilinear coordinate system.
Durch die Koordinatentransformation wird das neue Koordinatenbezugssystem durch die gedachte Bezugsachse der Zielkennlinien ZKDB oder ZKE vorgegeben.The new coordinate reference system is specified by the imaginary reference axis of the target characteristic curves ZK DB or ZK E through the coordinate transformation.
Unter Beibehaltung des kartesischen Koordinatensystems gilt für die Transformation:While maintaining the Cartesian coordinate system, the following applies to the transformation:
x'=x- cosθ(+y sin(X; y'=-x- cos(X+y sin(X.
Im Hinblick auf die erforderliche Korrektur-Kennlinie KK gilt, dass sich diese erst nach der Koordinatentransformation in Bezug auf die Neuausrichtung durch die gewünschte Zielkennlinie ZKDB oder ZKE, durch Spiegelung an der entsprechenden Zielkennlinie ZKDB oder ZKE ergibt.x '= x- cosθ (+ y sin (X; y' = - x- cos (X + y sin (X. With regard to the required correction characteristic curve KK, this applies only after the coordinate transformation in relation to the realignment by the desired target characteristic curve ZK DB or ZK E , by mirroring at the corresponding target characteristic curve ZK DB or ZK E.
In den Fig. 4g und 4h wird schematisch der grundsätzliche Unterschied zwischen idealer und realer Zielkennlinie für den Einfach- bzw. Doppelbogen (Fig. 4g) und die Etikettenerkennung (Fig. 4h) dargestellt.4g and 4h the basic difference between the ideal and real target characteristic for the single or double sheet (FIG. 4g) and the label recognition (FIG. 4h) is shown schematically.
Die Fig. 4g für den Einfachbogen zeigt die ideale Zielkennlinie ZKi, die im Idealfall geradlinig, ohne Steigung verläuft, also konstant ist. Hierbei wäre der Hub Hi = 0 über den gesamten idealen Bereich über des Materialspektrums Mi. Bei der Einfachbogenerkennung würde man daher mit einer derartigen idealen Zielkennlinie ZKi einen maximalen Abstand zur oberen Luftschwelle ebenso wie einen maximalen Abstand zur darunter angezeigten Doppelbogen-Schwelle erreichen.4g for the single curve shows the ideal target characteristic ZKi, which ideally runs in a straight line, without a slope, that is to say is constant. The stroke would be Hi = 0 over the entire ideal range over the material spectrum Mi. In single sheet detection, one would therefore achieve a maximum distance to the upper air threshold as well as a maximum distance to the double sheet threshold displayed below with such an ideal target characteristic ZKi.
Der Pfeil im Diagramm kennzeichnet den Übergang von der idealen Zielkennlinie ZKi zu realen Zielkennlinien, z.B. ZKX bzw. ZK2.The arrow in the diagram indicates the transition from the ideal target characteristic ZKi to real target characteristics, e.g. ZK X or ZK 2 .
Es wird hierbei erkennbar, dass je flacher die reale Zielkennlinie verläuft, desto breiter ist das detektierbare Materialspektrum Ml bzw. M2.It can be seen here that the flatter the real target characteristic, the wider the detectable material spectrum Ml or M2.
Die Fig. 4h zeigt ein vergleichbares Diagramm zu Zielkennlinien ZK für die Etikettenerkennung.4h shows a comparable diagram for target characteristic curves ZK for label recognition.
Die ideale Zielkennlinie ZKi für die Etikettenerkennung hat hierbei einen maximalen Hub Hi über einen relativ großen Bereich des Materialspektrums, der als ideales Materialspektrum Mi gekennzeichnet ist.The ideal target characteristic ZKi for label recognition has a maximum stroke Hi over a relatively large range of the material spectrum, which is characterized as the ideal material spectrum Mi.
Reale Zielkennlinien ZKX bei der Etikettenerkennung weichen jedoch von der idealen Zielkennlinie ZKi in Richtung des Pfei-
les ab. Dementsprechend hat die realere Zielkennlinie ZKX einen geringeren Hub Hi und auch ein kleineres Materialspektrum Mi.Real target characteristics ZK X in label recognition, however, deviate from the ideal target characteristic ZKi in the direction of the arrow read off. Accordingly, the more realistic target characteristic ZK X has a smaller stroke Hi and also a smaller material spectrum Mi.
Je steiler daher die reale Zielkennlinie ist und sich der idealen Zielkennlinie Ki nähert, desto mehr Hub steht für ein vorgegebenes Materialspektrum zur Verfügung.The steeper the real target characteristic is and the ideal target characteristic Ki approaches, the more stroke is available for a given range of materials.
In den Fig. 4i und 4j sind exemplarisch Messwert-Kennlinien und Korrektur-Kennlinien und daraus abgeleitete Zielkennlinien dargestellt .4i and 4j exemplarily show measured value characteristic curves and correction characteristic curves and target characteristic curves derived therefrom.
So ist in Fig. 4i eine Messwert-Kennlinie MK gezeigt, welche bei einem bestimmten Materialspektrum für die Einfach- bzw. Doppelbogenerkennung eingesetzt werden könnte. Die Korrektur- Kennlinie KK hat die Funktion4i shows a measured value characteristic MK, which could be used for single or double sheet detection in a specific material spectrum. The correction characteristic KK has the function
y=-ln(l/x) +3.y = -ln (l / x) +3.
Die Korrektur-Kennlinie ist hierbei eine aus einer e-Funktion und einer Invers- bzw. Umkehrfunktion x=ln(l/y) abgeleitet. Die dargestellten Zielkennlinien ZK3. und ZK2 können daher aus der Messwert-Kennlinie MK und der Korrektur-Kennlinie KK im Wesentlichen durch die Differenz hergeleitet werden.The correction characteristic curve is derived from an e-function and an inverse or inverse function x = ln (l / y). The target curves ZK 3 shown . and ZK 2 can therefore be derived from the measured value characteristic MK and the correction characteristic KK essentially by the difference.
Das Beispiel nach Fig. 4j zeigt ebenfalls schematisch Kennlinien zur Einfach- bzw. Doppelbogenerkennung.The example according to FIG. 4j also schematically shows characteristic curves for single or double sheet detection.
Die Messwert-Kennlinie MK ist in diesem Beispiel näherungsweise aus einer gewichteten Hyperbel abgeleitet. Die Korrektur- Kennlinie KK ist eine aus einer logarithmischen Funktion abgeleitete Korrektur-Kennlinie . Die Messwert-Kennlinie MK kann in diesem Beispiel unter Berücksichtung der Korrektur-Kennlinie KK zu einer Zielkennlinie ZK transformiert werden, die näherungsweise einer idealen Zielkennlinie für die Einfach- bzw. aDoppelbogenerkennung entspricht .In this example, the measured value characteristic curve MK is approximately derived from a weighted hyperbola. The correction characteristic KK is a correction characteristic derived from a logarithmic function. In this example, the measured value characteristic MK can be transformed into a target characteristic ZK, taking into account the correction characteristic KK, which approximately corresponds to an ideal target characteristic for single or double sheet detection.
Anhand der Fig. 5a, 5b und 5c werden nachfolgend einige grundlegende Prinzipien des erfindungsgemäßen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung am Beispiel einer mit Ultraschall arbeitenden Sensoreinrichtung und den zur klaren Detektion we-
sentlichen physikalischen Unterschieden anhand eines Doppelbogens, eines Doppelbogens mit Klebestelle und am Beispiel von Etiketten kurz dargelegt.5a, 5b and 5c, some basic principles of the method according to the invention and the corresponding device are described below using the example of a sensor device operating with ultrasound and the ones used for clear detection. significant physical differences using a double sheet, a double sheet with glue and briefly explained using the example of labels.
Diese grundsätzlichen Überlegungen gelten wengistens teilweise auch für andere Sensoreinrichtungen, z.B. optischer, induktiver kapazitiver Art.Some of these fundamental considerations also apply to other sensor devices, e.g. optical, inductive capacitive type.
In Fig. 5a ist schematisch die Überlappung zweier Einzelbogen dargestellt,' so dass in dem Überlappungsbereich von einem Doppelbogen 11 gesprochen werden kann. Dieser Doppelbogen 11 soll aus zwei Papierbögen bestehen, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Einfachbögen ein von deren Material verschiedenes Medium ist. Da eine berührungslose Detektion vorgesehen ist, kann davon ausgegangen werden, dass zu beiden Seiten des Doppelbogens Luft mit dem Parameter Z0 vorhanden ist und auch das Zwischenmedium im Überlappungsbereich der Einfachbögen Luft mit Z0 ist, welche als Luftpolster durch die Oberflächenrauig- keit der Materialien bei diesem Doppelbogen vorhanden ist.In Fig. 5a the overlap of two single sheet is schematically illustrated, so that spoken in the overlap region by a double sheet 11 '. This double sheet 11 is to consist of two sheets of paper, the space between the two single sheets being a medium different from their material. Since non-contact detection is provided, it can be assumed that air with parameter Z 0 is available on both sides of the double sheet and that the intermediate medium in the overlap area of the single sheets is air with Z 0 , which is an air cushion due to the surface roughness of the materials is present in this double sheet.
Die Wirkungsrichtung des Messverfahrens, z.B. mittels Ultraschall, ist im Beispiel senkrecht zum Doppelbogenbereich, so dass ein transmittiertes Ultraschallsignal bei einem derartigen "echten Doppelbogen" durch die Mehrfachbrechung über mindestens drei Grenzflächen sehr klein wird, d.h. der Transmissionsfaktor über drei Schichten in idealer Weise gegen null geht.The direction of action of the measuring method, e.g. by means of ultrasound, is perpendicular to the double sheet region in the example, so that a transmitted ultrasound signal in such a "real double sheet" becomes very small due to the multiple refraction over at least three interfaces, i.e. the transmission factor ideally approaches zero over three layers.
In allgemeinerer Betrachtung kann daher ein Doppelbogen bzw. Mehrfachbogen als eine Materialstruktur angesehen werden, die eine Bogenschichtung oder eine Schachtelschichtung aufweist und in einem der Zwischenräume zwischen der Bogenschichtung mindestens ein von den verschiedenen Bogenmaterialien verschiedenes Medium, insbesondere Luft, vorhanden ist, welches zu den Bogenmaterialien im Falle eines Ultraschall-Messverfahrens eine deutlich unterschiedlichen akustischen Widerstand aufweist und somit zu Signalreflexionen führt. Bei Einlegen zweier oder mehrerer Bögen ist die Signalbedämpfung durch Signalbrechung und Reflexion so groß, dass das ausgesendete Sig-
nal überproportional stark bedämpft wird. Bei anderen Messverfahren betrifft dies die Opazität und die Oberflächenbeschaffenheit und Farbe und Dicke, ein anderes Dielektrikum, andere elektro-magnetische Leitfähigkeit oder andere magnetische Bedämpfung.In a more general view, a double sheet or multiple sheet can therefore be regarded as a material structure which has a sheet stratification or a box stratification and in one of the spaces between the sheet stratification there is at least one medium, in particular air, which differs from the different sheet materials and which is related to the sheet materials has a clearly different acoustic resistance in the case of an ultrasound measurement method and thus leads to signal reflections. When two or more sheets are inserted, the signal attenuation due to signal refraction and reflection is so great that the emitted signal is disproportionately damped. With other measurement methods, this concerns the opacity and the surface texture and color and thickness, another dielectric, another electro-magnetic conductivity or other magnetic damping.
Unter einem derartigen Doppelbogen fällt auch eine Verbindung von Bögen, welche nicht haftend ausgelegt ist, z.B. mittels einer mechanischen Verzahnung oder Rändelung von Bögen, da das entsprechende Zwischenmedium ebenfalls Luft wäre. Diese Betrachtung gilt auch für Mehrfachbogen, bei denen drei oder mehr einzelne Lagen von Bogenmaterialien übereinander geschichtet sind.Such a double sheet also includes a connection of sheets that is not designed to be adhesive, e.g. by means of mechanical gearing or knurling of arches, since the corresponding intermediate medium would also be air. This consideration also applies to multiple sheets in which three or more individual layers of sheet materials are stacked on top of one another.
In der Fig. 5b ist schematisch ein Doppelbogen 12 mit Klebestelle 13 gezeigt.In Fig. 5b, a double sheet 12 with adhesive 13 is shown schematically.
Die Wirkungsrichtung des eingesetzten Messverfahrens, wobei wiederum von Ultraschall ausgegangen wird, ist mit Pfeilen angedeutet .The direction of action of the measuring method used, again using ultrasound, is indicated by arrows.
Als Klebestelle im Rahmen dieser Betrachtung werden stumpfe, mehr oder weniger überlappende oder dergestalt ausgeführte Verbindungen von Bögen, insbesondere Papierbögen, Kunststoffen, Folien und Stoffen (Vliesen) , angesehen. Die Verbindung geschieht dabei überwiegend mittels mindestens eines teilflächig oder vollflächig haftenden Mediums, insbesondere mittels ein- oder zweiseitig vorgesehener Haft- und Klebestreifen bzw. Kleber.In the context of this consideration, the point of glue is considered to be blunt, more or less overlapping or such connections of sheets, in particular sheets of paper, plastics, foils and fabrics (nonwovens). The connection takes place predominantly by means of at least one partial or full surface adhesive medium, in particular by means of adhesive and adhesive strips or adhesive provided on one or two sides.
In physikalischer Hinsicht bedeutet daher eine Klebestelle für ein Verfahren mittels Ultraschall einen "akustischen Kurz- schluss" durch das der Zwischenraum zwischen oberem Bogen Zi und unterem Bogen Z2 ausfüllende und diese innig verbindende Klebematerialschicht, wobei oberhalb und unterhalb der Einfachbogen Luft mit Z0 angenommen wird.In physical terms, therefore, an adhesive point for a method using ultrasound means an "acoustic short circuit" through which the space between the upper sheet Zi and lower sheet Z 2 fills and intimately connects the adhesive material layer, air above and below the single sheet being assumed to be Z 0 becomes.
Eine Klebestelle könnte daher im Detektionsverfahren mittels Ultraschall im Wesentlichen als Einfachbogen mit hoher Grammatur detektiert werden.
In Fig. 5c sind schematisch zwei Ausführungsformen von Etiketten 15, 17 dargestellt.A glue spot could therefore be detected in the detection method using ultrasound essentially as a single sheet with a high grammage. 5c schematically shows two embodiments of labels 15, 17.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter Etikett mindestens eine oder mehrere auf einem Grund- oder Trägermaterial haftend aufgebrachte Materialschicht oder Materialschichten verstanden. Das geschichtete Material verhält sich z.B. bezüglich der Schalltransmission nach außen hin wie ein verbundenes Materialstück, so dass teilweise keine signifikante Bedämpfung der jeweiligen physikalischen Größen vorliegt, sondern nur eine vergleichsweise geringe, aber noch gut auswertbare Bedämpfung. Mögliche Inhomogenitäten im Trägermaterial oder aufgebrachtem Material finden bei dieser Betrachtung keine Berücksichtigung, da inbesondere bei Etiketten von einem fehlerfreien Material ausgegangen werden kann.In the context of this application, label is understood to mean at least one or more layers of material or layers of material adhering to a base or carrier material. The layered material behaves e.g. with respect to the sound transmission to the outside like a connected piece of material, so that there is sometimes no significant damping of the respective physical quantities, but only a comparatively low, but still evaluable damping. Possible inhomogeneities in the carrier material or applied material are not taken into account in this consideration, since a faultless material can be assumed in particular for labels.
Das Etikett 15 weist im Beispiel nach Fig. 5c ein auf einem Trägermaterial mittels einer innigen Haftverbindung aufgebrachtes oberes Material mit dem Parameter Z2 auf . Auf beiden Seiten des Etikettes ist Luft mit dem Parameter Z0 vorhanden. Durch diese innige Haftverbindung liegt zwischen den Materialien bei einem Detektionsverfahren mittels Ultraschall ein a- kustischer Kurzschluss vor, so dass eine Analogie zu Klebestellen nach Fig. 5b vorhanden ist.In the example according to FIG. 5c, label 15 has an upper material with the parameter Z 2 applied to a carrier material by means of an intimate adhesive connection. There is air with parameter Z 0 on both sides of the label. As a result of this intimate adhesive connection, there is an acoustic short circuit between the materials in a detection method by means of ultrasound, so that there is an analogy to glue points according to FIG. 5b.
Gleiches gilt auch für das Etikett 17 nach Fig. 5c, was sich lediglich durch eine zweite, obere aufgebrachte Materialschicht von dem Etikett 15 unterscheidet. Auch in diesem Fall kann von einem akustischen Kurzschluss zwischen den Materialien ausgegangen werden.The same also applies to the label 17 according to FIG. 5c, which differs from the label 15 only by a second, upper material layer applied. In this case too, an acoustic short circuit between the materials can be assumed.
Diese grundlegenden Betrachtungen im Rahmen der Erfindung zur Detektion von Doppelbogen, Klebestelle, Etikett und dergleichen, erlaubt es daher mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung auch anders geschichtete Einfachbögen oder mehrfach geschichtete Materialien zu detektieren und zu unterscheiden. Insbesondere ist hierdurch auch die Detektion bzw. das Zählen von auf flachen Materialien aufgebrachten
Etiketten, die eine dazwischen liegende Objektlücke aufweisen, möglich.These basic considerations within the scope of the invention for the detection of double sheets, glue point, label and the like therefore also make it possible to use the method and the device according to the invention to detect and differentiate single sheets or materials with multiple layers. In particular, this also enables the detection or counting of materials applied to flat materials Labels with an object gap in between are possible.
In Fig. 6 ist schematisch und blockschaltartig eine Vorrichtung zur Fehl-, Einfach-.und Mehrfachbogenerkennung gezeigt, wobei die Korrektur-Kennlinie als Kombination einzelner Kennlinien erzeugt wird.6 schematically and in block-like fashion shows a device for missing, single and multiple sheet detection, the correction characteristic being generated as a combination of individual characteristics.
Zwischen dem Sender T und dem Empfänger R werden die zu detek- tierenden flächigen Materialien bzw. Bogen geführt. Die nach den Verstärkern resultierende Korrektur-Kennlinie wird im Beispiel mit einer ersten Korrektur-Kennlinie in der Verstärkereinrichtung 21 und wenigstens einer zweiten Korrektur- Kennlinie in der Verstärkereinrichtung 22, die parallel geschaltet ist, verwirklicht. Das am Ausgang des Empfängers R vorliegende Messsignal bzw. dessen Kennlinienverlauf über die Grammatur wird daher einer kombinierten Korrektur-Kennlinie unterzogen, um eine gut auswertbare Zielkennlinie 23 zu erhalten, die in einem Mikroprozessor 6 weiter bewertet wird.The flat materials or sheets to be detected are guided between the transmitter T and the receiver R. The correction characteristic curve resulting after the amplifiers is implemented in the example with a first correction characteristic curve in the amplifier device 21 and at least one second correction characteristic curve in the amplifier device 22, which is connected in parallel. The measurement signal present at the output of the receiver R or its characteristic curve over the grammage is therefore subjected to a combined correction characteristic curve in order to obtain an easily evaluable target characteristic curve 23 which is further evaluated in a microprocessor 6.
Im Hinblick auf die Kombination von Korrektur-Kennlinien kann dies auch in einem Signalverstärker realisiert werden oder in mehreren in Reihe geschalteten oder parallel geschalteten einzelnen Signalverstärkern zur Erzeugung der Gesamtverstärkung. Die Realisierung der Korrektur-Kennlinie kann daher auf unterschiedlichste Weise erfolgen, da der wesentliche Grundgedanke der Erfindung, eine Detektion von Einfachbogen, Fehlbogen oder Mehrfachbogen durchzuführen, und dies über einen großen Grammaturbereich, ohne einen Teach-in-Vorgang integrieren zu müssen, beibehalten wird.With regard to the combination of correction characteristics, this can also be implemented in a signal amplifier or in a plurality of individual signal amplifiers connected in series or in parallel to generate the overall amplification. The correction characteristic curve can therefore be implemented in a wide variety of ways, since the essential basic idea of the invention is to carry out a detection of single sheets, missing sheets or multiple sheets, and this over a large grammage range without having to integrate a teach-in process ,
In Fig. 7 ist der schematische und blockschaltartige Aufbau einer modifizierten Vorrichtung zur Realisierung der Erfindung dargestellt. Das Messsignal des Empfängers R wird nachfolgend auf eine Verstärkereinrichtung 24 geführt, deren Signalausgang auf einen Mikroprozessor 6 geleitet ist.7 shows the schematic and block-circuit-like structure of a modified device for realizing the invention. The measurement signal of the receiver R is subsequently passed to an amplifier device 24, the signal output of which is directed to a microprocessor 6.
Der Mikroprozessor 6 erlaubt es in diesem Beispiel über die Rückkopplung im Pfad A eine vorgegebene Korrektur-Kennlinie über das symbolisierte Potenziometer 25 einzustellen.
In einer alternativen Schaltungsweise wird eine entsprechende Korrektur-Kennlinie mittels des Mikroprozessors 6 und den erhaltenen oder gespeicherten Daten errechnet und über den Pfad B auf die Verstärkereinrichtung 24 rückgekoppelt und eingeprägt .In this example, the microprocessor 6 allows a predetermined correction characteristic to be set via the symbolized potentiometer 25 via the feedback in the path A. In an alternative circuit, a corresponding correction characteristic curve is calculated by means of the microprocessor 6 and the data received or stored, and is fed back and impressed via the path B to the amplifier device 24.
Auch ist es möglich, eine Korrektur-Kennlinie empirisch oder über die Messung eines repräsentativen Materialspektrums, welches detektiert werden soll, zu ermitteln und der Auswerteeinheit inklusive Mikroprozessor 6 einzugeben. Hierbei kann die ermittelte Korrektur-Kennlinie C über den Pfad B der Verstärkereinrichtung 24 wertdiskret oder wertkontinuierlich eingeprägt werden oder die Bewertung des verstärkten Ausgangssigna- les direkt im Mikroprozessor 6 auf der Basis der Korrektur- Kennlinie C durchgeführt werden.It is also possible to determine a correction characteristic curve empirically or by measuring a representative material spectrum that is to be detected, and to input it to the evaluation unit including the microprocessor 6. In this case, the determined correction characteristic curve C can be impressed discreetly or continuously over the path B of the amplifier device 24 or the evaluation of the amplified output signal can be carried out directly in the microprocessor 6 on the basis of the correction characteristic curve C.
In Fig. 8 ist in schematischer Darstellung die empirische Bestimmung einer Messsignal-Kennlinie gezeigt. Hierzu werden zwischen dem Sender T und dem Empfänger R eine Vielzahl am Markt übliche Materialien vorbeigeführt und hierüber die entsprechende Messsignal-Kennlinie ermittelt. Üblicherweise wird hierbei der Messbereich durch das Einbringen des dünnsten verfügbaren Bogenmaterials A und des dicksten zu detektierenden Bogenmaterials B festgelegt werden.The empirical determination of a measurement signal characteristic is shown in a schematic representation in FIG. 8. For this purpose, a large number of materials customary on the market are passed between the transmitter T and the receiver R and the corresponding measurement signal characteristic curve is determined. Usually, the measuring range will be determined by introducing the thinnest sheet material A available and the thickest sheet material B to be detected.
Die derart ermittelte Messsignal-Kennlinie kann dann dem weiterverarbeitendem System, z.B. einem Mikroprozessor, zugeführt werden, um zu dieser Messsignal-Kennlinie eine weitgehende optimale Korrektur-Kennlinie zu ermitteln um die geforderte Zielkennlinie zu erreichen.The measurement signal characteristic curve determined in this way can then be sent to the further processing system, e.g. a microprocessor, in order to determine a largely optimal correction characteristic curve for this measurement signal characteristic curve in order to achieve the required target characteristic curve.
In Fig. 9 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 40 zur beruhrungslosen Detektion von Mehrfachbogen A, ohne die •Durchführung eines Teach-in-Schrittes, und der Detektion von auf einem Trägermaterial haftend aufgebrachten Materialschichten B, z.B. Etiketten, dargestellt.In Fig. 9 an apparatus according to the invention is schematically 40 for beruhrungslosen detection of multiple sheets A, without the • implementation of a teach-in step and the detecting on a carrier material adhesively applied layers of material B, as labels shown.
Ein wesentlicher Gedanke hierbei ist, die Messsignalauswertung für Mehrfachbogen einem separaten Kanal A mit entsprechender Korrektur-Kennlinie zuzuleiten sowie parallel dazu die Mess-
Signalauswertung für Etiketten B einem separaten Kanal B mit angepasster Korrektur-Kennlinie zuzuführen.An important idea here is to route the measurement signal evaluation for multiple sheets to a separate channel A with the corresponding correction characteristic curve and, in parallel, the measurement Feed signal evaluation for labels B to a separate channel B with an adjusted correction characteristic.
Das am Ausgang des Empfängers R erhaltene Messsignal wird daher über einen seitens des Mikroprozessors 6 gesteuerten Mul- tiplexer 34 auf den entsprechenden Kanal A oder Kanal B geschaltet. Die Signalverstärkung im Kanal A unterliegt hierbei einer separaten Korrektur-Kennlinie mit optimaler Auslegung zur Mehrfachbogenerkennung . Die Signalverstärkung im Kanal B unterliegt einer Korrektur-Kennlinie für das Etiketten-Mess- signal. Beide Kanäle A, B werden über einen nachfolgenden Mul- tiplexer 35, der ebenfalls mikroprozessorgesteuert ist, dem nachgeschalteten Mikroprozessor 6 zur weiteren Auswertung und Detektion von Mehrfachbogen oder Etikett zugeführt.The measurement signal obtained at the output of the receiver R is therefore switched to the corresponding channel A or channel B via a multiplexer 34 controlled by the microprocessor 6. The signal amplification in channel A is subject to a separate correction characteristic with an optimal design for multiple sheet detection. The signal amplification in channel B is subject to a correction characteristic for the label measurement signal. Both channels A, B are fed via a subsequent multiplexer 35, which is also microprocessor-controlled, to the downstream microprocessor 6 for further evaluation and detection of multiple sheets or labels.
Diese Vorrichtung 40 eignet sich sowohl für die Detektion mittels Ultraschallwellen. Der wesentliche Vorteil ist die gezielte Möglichkeit, die jeweils geeignetsten Korrektur- Kennlinien für die grundsätzlich verschiedenen Messaufgaben, nämlich für die unterschiedlichsten Materialtypen, wie im vorliegenden Fall Mehrfachbogen und Etiketten, zur Auswertung mit einzubeziehen.This device 40 is suitable both for the detection by means of ultrasonic waves. The main advantage is the targeted possibility of including the most suitable correction characteristic curves for the fundamentally different measuring tasks, namely for the most diverse types of material, such as multiple sheets and labels, for evaluation.
Fig. 10 zeigt schematisch ein Diagramm der normierten Ausgangsspannung UA in % in Abhängigkeit von der Grammatur. Eingetragen ist die Zielkennlinie 42 eines Einfachbogens bei logarithmischer Verstärkung über den Grammaturbereich. Dargestellt sind weiterhin im oberen Bereich mit durchgezogener Linie die Luftschwelle LS und im unteren Bereich mit unterbrochenem Linienzug die Doppelbogenschwelle DBS .10 schematically shows a diagram of the normalized output voltage U A in% as a function of the grammage. The target characteristic curve 42 of a single sheet is entered with logarithmic amplification over the grammage range. The air threshold LS is shown in the upper area with a solid line and the double arch threshold DBS in the lower area with a broken line.
Wesentlich ist jedoch, dass die Doppelbogenschwelle dynamisch vorgesehen werden kann, wobei dies über Abschnitte des Grammaturbereiches konstant erfolgen kann. Dies ist durch die Linienzüge Bl, B2 und B3 verdeutlicht.It is essential, however, that the double-arch threshold can be provided dynamically, and this can take place constantly over sections of the grammage range. This is illustrated by the lines B1, B2 and B3.
Andererseits ist die dynamische Einstellung der Doppelbogenschwelle auch linear bzw. als Polynomzug beliebigen Grades verlaufend einstellbar, wie dies beispielsweise zwischen den Punkten Pl, P2 , P3 und P4 gezeigt ist.
Mit dieser dynamischen Einstellung der Doppelbogenschwelle lässt sich eine zusätzliche Erweiterung der messbaren Grammaturen bzw. Flächengewichte erreichen, so dass das detektierba- re MaterialSpektrum noch vergrößert werden kann.On the other hand, the dynamic setting of the double arc threshold can also be adjusted linearly or as a polynomial train of any degree, as is shown, for example, between points P1, P2, P3 and P4. With this dynamic setting of the double-arch threshold, an additional expansion of the measurable grammages or basis weights can be achieved, so that the detectable range of materials can be enlarged even further.
Die Fig. 11 betrifft ein weitgehend ähnliches Diagramm wie die Fig. 10, wobei der Verlauf der Zielkennlinie 42 für den Einfachbogen über den gesamten Grammaturbereich weitgehend übereinstimmt. Eingezeichnet ist einerseits die dynamische Schwelle MBS für den Mehrfachbogen und deren Verlauf zwischen den Punkten Pia, P2a und P3a.FIG. 11 relates to a diagram which is largely similar to that of FIG. 10, the course of the target characteristic curve 42 for the single sheet largely coinciding over the entire grammage range. The dynamic threshold MBS for the multiple sheet and its course between the points Pia, P2a and P3a are shown on the one hand.
Der Kurvenverlauf 44 markiert hierbei den oberen Wert des Flatterbereiches für einen Einfachbogen und die Kurve 45 den unteren Wert des Flatterbereichs für einen Einfachbogen.The curve 44 here marks the upper value of the flutter area for a single sheet and the curve 45 the lower value of the flutter area for a single sheet.
In den Fig. 12a, 12b ist in schematischer Weise die prinzipielle Anordnung zur Detektion von einwelliger Wellpappe 51 bzw. zweiwelliger Wellpappe 60 sowie die Laufrichtung L unter Berücksichtigung von zwei Sensoren 61, 62, insbesondere Ultraschallsensoren, dargestellt.FIGS. 12a, 12b schematically show the basic arrangement for the detection of single-wall corrugated cardboard 51 or double-wall corrugated cardboard 60 and the running direction L, taking into account two sensors 61, 62, in particular ultrasonic sensors.
Die Wellpappe 51 nach Fig. 12a ist einwellig und hat an ihren Adhäsionspunkten mit einer unteren Bodenlage 52 bzw. einer o- beren Decklage 53 Klebstoffbereiche 54 sowie Boden- und Decklage verbindenden Stege, die eine Wellenfläche aufspannen 55. Diese Stege 55 zwischen Pappwelle und den entsprechenden, z.B. horizontal verlaufenden Boden- bzw. Decklagen, stellen sozusagen einen "akustischen Kurzschluss" bei der Verwendung von Ultraschall dar.The corrugated cardboard 51 according to FIG. 12a is single-corrugated and has at its adhesion points with a lower bottom layer 52 or an upper cover layer 53 adhesive areas 54 and webs connecting the bottom and top layers, which span a corrugated surface 55. These webs 55 between the cardboard shaft and the corresponding, e.g. horizontally running floor or top layers represent, so to speak, an "acoustic short circuit" when using ultrasound.
Der im Beispiel nach Fig. 12a eingesetzte Sensor weist einerseits den Sender T und den Empfänger R auf, die in ihrer Hauptachse koaxial zueinander ausgerichtet sind. Die Ausrichtung von Sender T und Empfänger R erfolgt bevorzugterweise et-
wa senkrecht zur größten Wellenfläche 55 bzw. unter einem Winkel ßi zur Lotrechten der einwelligen Wellpappe. Der weiterhin angeführte Winkel ß2 markiert den Winkel zwischen der Lotrechten zur Wellpappe und der Flächenrichtung der Hauptfläche der Welle.The sensor used in the example according to FIG. 12a has on the one hand the transmitter T and the receiver R, which are aligned coaxially to one another in their main axis. The alignment of transmitter T and receiver R is preferably carried out wa perpendicular to the largest corrugated surface 55 or at an angle βi to the perpendicular of the single-corrugated cardboard. The angle ß 2 also indicated marks the angle between the perpendicular to the corrugated cardboard and the surface direction of the main surface of the shaft.
Der optimale Winkel J3χ zur Schalleinkopplung bei einem Ultraschallsensor auf eine einwellige Wellpappe, welche einen erforderlichen akustischen Kurzschluss AK zwischen Bodenlage 52 und Decklage 53 aufweist, wird durch die Steigung t/2h bestimmt. Hierbei ist t der Abstand zwischen zwei Wellenbergen und h die Höhe der Welle bzw. der Abstand zwischen Bodenlage und Decklage .The optimum angle J3χ for sound coupling in an ultrasonic sensor onto a single-wall corrugated cardboard, which has a required acoustic short circuit AK between bottom layer 52 and top layer 53, is determined by the slope t / 2h. Here t is the distance between two wave crests and h is the height of the wave or the distance between the bottom layer and the top layer.
Bei einer optimalen Anordnung des Sensors ist man bestrebt, eine Ausrichtung mit
zu erreichen, wobei diese Winkel dann im Beispiel 45° wären. Die Übereinstimmung der Winkel ß1 und ß2 ist jedoch nicht zwangsläufig zur Detektion von Fehl-, Einfach- oder Mehrfachlagen von Wellpappen erforderlich.With an optimal arrangement of the sensor one tries to align with to achieve, these angles would then be 45 ° in the example. The coincidence of the angles ß 1 and ß 2 is not necessarily necessary for the detection of incorrect, single or multiple layers of corrugated cardboard.
In Fig. 12b ist eine zweilagige Wellpappe 60 mit der unteren ersten Welle 58 und der oberen zweiten Welle 59 dargestellt; Die Anordnung eines Ultraschall-Sensors T, R entspricht dem nach Fig. 12a.12b shows a two-ply corrugated cardboard 60 with the lower first shaft 58 and the upper second shaft 59; The arrangement of an ultrasonic sensor T, R corresponds to that according to FIG. 12a.
Wesentlich für die Detektion bei zweiwelligen oder mehrwelligen Wellpappen ist auch hier der akustische Kurzschluss AK1 und AK2 zwischen den einzelnen Lagen, d.h. eine materialmäßige Verbindung im Sinne eines haftend an den Lagen verbundenen Steges zum Verbinden der einzelnen Decklagen. Auf diese Weise ist es möglich, bei einem Ultraschall-Sensor eine hohe Schallenergie auf die mehrwellige Wellpappe zu übertragen, so dass eine maximale Krafteinwirkung etwa lotrecht zur aufgespannten Fläche der Welle erreicht wird.
Unter Berücksichtigung der vorausgehenden Beschreibung schafft die Erfindung Verfahrens- wie vorrichtungsmäßig eine Lösung zur sicheren Erkennung von Einfachbögen, Fehlbögen und Mehr- fachbδgen, speziell Doppelbögen, wobei dies nicht nur über einen sehr breiten Grammatur- und Flächengewichtsbereich gilt, sondern auch im Hinblick auf flexible Einsatzmöglichkeiten und unterschiedliche Materialspektren.
Here, too, the acoustic short circuit AK1 and AK2 between the individual layers is essential for detection in the case of double-walled or multi-walled corrugated cardboard, ie a material connection in the sense of a web adhering to the layers for connecting the individual cover layers. In this way, it is possible to transmit a high sound energy to the multi-corrugated corrugated cardboard in an ultrasonic sensor, so that a maximum force effect is achieved approximately perpendicular to the spanned surface of the shaft. Taking into account the preceding description, the method and device provides a solution for the reliable detection of single sheets, false sheets and multiple sheets, especially double sheets, this not only applying over a very wide grammage and basis weight range, but also with regard to flexible possible uses and different material spectra.