DE4008600A1

DE4008600A1 - Laser-mehrfachbogenkontrolle

Info

Publication number: DE4008600A1
Application number: DE4008600A
Authority: DE
Inventors: Horst Wallaschkowski
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: WALLASCHKOWSKI, HORST, 97078 WUERZBURG, DE
Priority date: 1990-03-17
Filing date: 1990-03-17
Publication date: 1991-09-19
Also published as: DE9017645U1; WO1991014997A1; EP0472688A1; US5222729A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Mehrfachbogenkontrolle an einer Bogentransportstrecke.

Durch die US-PS 43 97 460 ist eine Einrichtung zur Mehrfachbogenkontrolle bekannt. In dieser Einrichtung werden Bogen in einer Transportstrecke auf Mehrfachbogen geprüft. Zu diesem Zweck sind oberhalb und unterhalb der Transportstrecke jeweils zwei hintereinander angeordnete Sensoreinrichtungen vorgesehen. Jede der vier Sensoreinrichtungen besteht jeweils aus einer lichtabstrahlenden Diode und einem Fototransistor-Sensor, der das von der Diode abgestrahlte und von einer Oberfläche eines Bogens reflektierte Licht empfängt.

Es besteht bei der Einrichtung nach der US-PS 43 97 460 der Nachteil, daß die zu messenden Bogen in dem Meßbereich der hintereinander angeordneten Sensoreinrichtungen absolut parallel zur Transportstrecke geführt werden müssen. Zu diesem Zweck sind zusätzlich Vakuumeinrichtungen vorgesehen, die die Bogen an eine vorbestimmte Fläche anlegen. Die gezeigte Einrichtung zur Mehrfachbogenkontrolle mißt den Grad der Lichtreflexion und ist somit von der Intensität der Reflexion abhängig. Aus diesem Grund kann eine Messung nur an Stelle gleichen Reflexionsgrades vorgenommen werden. Eine Messung innerhalb einer verschiedenfarbig bedruckten Druckfläche mit unterschiedlicher Reflexionsintensität ist somit nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Erkennung von Mehrfachbogen zu schaffen, die von einem Reflexionsgrad einer Meßfläche unabhängig ist.

Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 6 gelöst.

Ein Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, daß die erfindungsgemäße Einrichtung an beliebigen Stellen einer Bogentransportstrecke angeordnet werden kann. Das Verfahren zur Mehrfachbogenkontrolle ist nahezug unabhängig von der Lage des Bogens, daß heißt vom Abstand der Bogenoberflächen zu den Sensoren. Ein weiterer Vorteil ist die Anordnung einer einfachen und übersichtlichen Schaltung zur Auswertung der jeweiligen Meßergebnisse. Darüberhinaus ist eine Schaltung zur Kompensation eines Abfalls der Strahlungsintensität vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Bogenanlegetisch einer Rotationsdruckmaschine,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Strahlengänge der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Strahlengänge bei einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine Auswertschaltung.

Eine Bogenrotationsdruckmaschine weist u. a. eine Stopptrommel 1 und einen Bogenanlegetisch 2 mit einer Bogentransportstrecke 3 auf.

In einem Abschnitt der Bogentransportstrecke 3 ist eine Kontrolleinrichtung 4 zur Mehrfachbogenkontrolle vorgesehen. Diese weist u. a. einen ersten oberhalb der Transportstrecke 3 in einem Gehäuse 23 angeordneten Sender 6 und Empfänger 7, sowie einen zweiten unterhalb der Transportstrecke 3 in einem Gehäuse 24 angeordneten Sender 8 und Empfänger 9 auf.

Die Kontrolleinrichtung 4, insbesondere die Empfänger 7, 9 sind mittels einer Auswertschaltung 11 miteinander verbunden, die am Ende zwei Analogspannungen V₇ und V₉ miteinander verknüpft und mit einem zuvor gespeicherten Sollwert vergleicht, wobei die beiden Spannungssignale V₇, V₉ jeweils proportinonal zur Entfernung eines Meßgegenstandes 12 (Bogen) vom jeweiligen Empfänger 7; 9 sind.

Die Anordnung der Sender 6, 8 ist im ersten Ausführungsbeispiel so ausgeführt, daß sich die beiden Sender 6, 8 im doppelten Arbeitsabstand x (z. B. 2×40 mm = 80 mm) gegenüberliegen und der abzutastende Bogen 12 in einem Winkel α (ca. 40° bis 130°) zu einem vom Sender 6; 8 erzeugten Lichtstrahl 13; 14 (vorzugsweise Laser- Strahl) vorbeigeführt wird.

Die Kontrolleinrichtung 4 arbeitet nach dem optischen Prinzip des Triangulationsverfahrens. Die Grundlage dieses Verfahrens ist die Tatsache, daß ein Gegenstand (Meßfleck 16), der sich vor einem Objektiv 17; 18 befindet, hinter diesem ein umgekehrtes, reelles Bild liefert. Befindet sich der Gegenstand 16 in einem bestimmten Abstand von der optischen Achse 19; 21, wird er in der Bildweite scharf abgebildet. Ändert sich die Position des Gegenstandes 16, so verschiebt sich die Lage des Bildes senkrecht und parallel zur optischen Achse 19; 21.

Der Sender 6; 8 ist eine Laserdiode. Die gepulste Laserdiode 6; 8 projiziert einen dem Gegenstand 16 entsprechenden Lichtfleck auf den zu messenden Bogen 12. Innerhalb eines Arbeitsbereiches von (y z. B. +/-10 mm) kann der Bogen 12 in seiner Papierstärke gemessen werden. Während des Meßvorgangs kann sich der Bogen 12 beliebig bewegen. Eine Sammellinse 5; 10 verhindert eine zu große Aufweitung des Lichtstrahls 13; 14. Bei einem Meßbereich von y (z. B. +/-10 mm) um den Mittenabstand von 40 mm erfolgt die Messung im konvergenten Strahlengang des Lasers. Aus diesem Grund erhält man einen sich mit zunehmendem Meßabstand verkleinernden Lichtpunkt. Über eine Brennweite von 80 mm hinaus divergiert der Laserstrahl und erfährt in 74 cm Abstand eine so große Aufweitung, daß aufgrund der damit verbundenen geringer werdenden Beleuchtungsstärke keine Gefahr mehr für das menschliche Auge besteht. Der NOHO-Wert (Normal Optical Hazard Distance) des Lasersenders 6; 8 beträgt somit 74 cm. Der Laserstrahl 13, 14 verläuft parallel zur Senderachse, so daß bei sich änderndem Meßabstand der Lichtfleck 16 immer die gleiche Position auf dem Bogen 12 hat. Die in einem festen Winkel β (z. B. 40° bis 130°) zum Sendestrahl 13; 14 montierte Empfangsoptik 17, 18 bildet den Lichtfleck 16 auf dem Fotoempfänger 7, 9 ab. Wenn sich der Papierbogen 12 entlang dem Sendestrahl 13; 14 bewegt, wandert der Bildpunkt auf dem Fotoempfänger 7, 9 aufgrund dieses Winkels β. Die Wahl der Anordnungswinkel α und β sollte so gewählt werden, daß α ungleich β ist (α ≠ β).

Als Empfänger 7, 9 findet z. B. ein einachsiges PSD- Element (Position Sensitiv Diodes) Anwendung. Ein PSD- Element ist ein Fotoempfänger 7, 9 der, abhängig von der Intensitätsverteilung entlang seiner Längsachse 31; 32, d. h. in Abhängigkeit von der Lage des Remissionsstrahles analoge Signale I₁, I₂, I₃, I₄ liefert. Die Wirkungsweise wird deutlich beim Vergleich mit einem Potentiometer. Das Verhältnis der beiden Ausgangsströme I1 und I2 bzw. I3 und I4 ist umgekehrt proportional dem Verhältnis der Strecken a und b, die durch die Lichtpunktposition auf dem Empfänger 7; 9 bestimmt werden. Die Summe Σ der Ströme I1, I2 entspricht der Lichtintensität Io. Der Fotoempfänger 7; 9 liefert in Abhängigkeit von der emittierten Lichtleistung einen Strom I_o. Dieser sogenannte Monitorstrom I_o regelt die Lichtleistung der Laserdiode 6; 8 auf 2 mW. Damit wird die Temperaturdrift des Lasers kompensiert und eine konstante Lichtemission im Betriebstemperaturbereich von 0-50°C gewährleistet.

Die Summe Σ der Ströme I1, I2 ist ein Maß für die Remission des Meßobjektes 16. Dieser Wert greift ebenfalls in die Lichtstromregelung der Laserdiode 6; 8 (Sender) ein und sorgt dafür, daß der Empfänger 7; 9 unabhängig von der Objektfarbe und Oberfläche mit gleicher Intensität belichtet wird. Damit wird in einem weiten Bereich ein Unter- oder Überbelichten des Fotoempfängers 7, 9 vermieden.

Die Auflösung wird im wesentlichen durch das Rauschen und den Temperaturkoeffizient des PSD-Empfängers 7, 9 und durch Abbildungsfehler der Optik 17, 18 bestimmt. Da der Lichtfleck 16 und seine Abbildung eine endliche Ausdehnung haben, kommt es in Abhängigkeit von der Farbe und Oberflächenbeschaffenheit des Meßobjektes 12 zu einer nicht homogenen Abbildung des Lichtfleckes 16. Beim Übergang von schwarz auf weiß wird der Lichtpunkt 16 im weißen Bereich eine höhere Intensität haben als im schwarzen Bereich. Er ist also nicht homogen. Abhängig von der Rauhigkeit der Oberfläche des Bogens 12 kann es daher zur Schattenbildung im Abbild des Lichtfleckes 16 kommen. Auch in diesem Fall ist die Abbildung des Lichtflecks 16 am Empfänger 7; 9 nicht homogen. Da durch die Auswertungschaltung 11 der Flächenschwerpunkt der Energieverteilung auf dem Fotoempfänger 7, 9 bestimmt wird, kommt es in den genannten Beispielen durch die Ungleichmäßigkeit der Abbildung des Lichtflecks 16 zu einer Meßwertbeeinflussung. Die Linearität der Auswertschaltung 11 wird durch eine Kennlinie des PSD-Elementes und durch otpische Verzerrung des Lichtfleck-Abbildes bestimmt. Diese wird deshalb durch einen nicht linearen Verstärker 41, 42 korrigiert.

Beide Fotoempfänger 7; 9 messen gleichzeitig die Entfernung zum Bogen 12 und liefern eine Analogspannung V₇, V₉, die proportional zur Entfernung des Meßfleckes 16 zum Fotoempfänger 7; 9 ist. Die zwei Analogsignale V₇, V₉ werden mittels einer Eingangskarte 26 digitalisiert und einer Rechnereinheit 27 zugeführt.

Die Rechnereinheit (CPU) 27 ermittelt hieraus die Papierdicke und vergleicht diese mit einem im "Learn"- Zyklus hinterlegten Papierdickenwert. Im "Learn"-Zyklus wird ein einzelner Bogen 12 über die Bogentransportstrecke 3 geführt und mittels der Kontrolleinrichtung 4 die Papierdicke gemessen. Dieser Papierdickenwert wird im Speicher des Rechners 27 als Sollwert abgelegt. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Sollwert mittels einer Tastatur in den Rechner 27 einzugeben. Weicht der gemessene Wert von dem hinterlegten Meßwert erheblich ab, so meldet die Rechnereinheit Mehrfachbogen vorhanden.

Die Anordnung der Lasersender 6, 8 ist so ausgeführt, daß die beiden Laserstrahlen 13, 14 einen Einfallswinkel α von 90° auf das Papier haben. Damit ist die Lasermehrfachbogenkontrolle in der Lage, einen großen Bereich aus Papierstärken (z. B. 40 g bis 500 g) zu kontrollieren. Der Vorteil der Lasermehrfachbogenkontrolle liegt darin, daß man sehr dünnes (transparentes) bis hin zu sehr dickem Papier (Karton) am Anleger (vor der Ziehmarke) auf Mehrfachbogen kontrollieren kann.

Werden z. B. Vorlaufbogen mit demselben Papiergewicht wie für den laufenden Auftrag verwendet, so macht dieses Meßverfahren keine Unterschiede für bedrucktes oder unbedrucktes Papier. Äußere Einflüsse wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Tageslicht, Raumbeleuchtung oder Erschütterungen haben keinen Einfluß auf das Meßergebnis.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) sind die Sender 6, 8 jeweils derart zur Bogenoberfläche angeordnet, so daß die Laserstrahlen 13, 14 unter einem Winkel α (ca. 45°) auf die Bogenoberfläche treffen. In diesem Fall erhält der Lichtpunkt 16 eine elliptische Form mit entsprechend größerer Oberfläche (Spot: ca. 0,8×0,4 mm bei 30 mm Abstand; 0,4×0,2 mm bei 50 mm Abstand; 0,6×0,3 mm bei 40 mm Abstand) und entsprechend kleinerer Lichtintensität. Die optische Achse 19; 21 des Remissionsstrahls ist in diesem Fall im rechten Winkel zur Bogenoberfläche bzw. Bogentransportstrecke 3 angeordnet.

Fig. 3 zeigt die Auswertschaltung 11 für die von den Fotoempfängern 7, 9 erzeugten Ströme I₁, I₂, I₃, I₄. Die Ströme I₁, I₂ werden einem Summenbildner-Element 33 (Σ) und die Ströme I₃, I₄ werden einem Summenbildner-Element 34 (Σ) zugeführt. Gleichzeitig werden die Ströme I₁, I₂ einem Differenzbildner-Element 36 (Δ) und die Ströme I₃, I₄ einem Differenzbildner-Element 37 (Δ) zugeführt. In den Differenzbildner-Elementen 36; 37 wird jeweils der Strom I₂ vom Strom I₁ subtrahiert bzw. der Strom I₄ vom Strom I₃ subtrahiert.

Σ = I₁+I₂; Σ = I₃+I₄
Δ = I₁-I₂; Δ = I₃-I₄.

Die Divisor-Elemente 38, 39 (%) dividieren jeweils die Summe der Ströme I₁+I₂; I₃+I₄ durch die Differenzen der Ströme I₁-I₂; I₃-I₄. Die sich daraus ergebenden Werte werden jeweils dem nicht linearen Verstärker 41; 42 zugeführt. Von dort gelangen sie als Vergleichsspannung V₇; V₉ zur Eingangskarte 26 des Rechners 27. Dieser führt in Abhängigkeit einer zuvor gespeicherten Papierdicke einen Soll-Ist-Wert-Vergleich durch. Weichen Soll- und Istwert erheblich voneinander ab (z. B. Istwert 1,8× Sollwert), erfolgt über eine Ausgangskarte 28 eine Meldung "Mehrfachbogen vorhanden". Diese Meldung führt zum sofortigen Stop des Bogentransportes und kann z. B. durch optische und/oder akustische Signale begleitet sein.

Teileliste

1 Stopptrommel
2 Bogenanlegetisch
3 Bogentransportstrecke
4 Kontrolleinrichtung
5 -
6 Sender (Laser)
7 Empfänger (Foto-)
8 Sender (Laser-)
9 Empfänger (Foto-)
10 -
11 Auswertschaltung
12 Meßgegenstand (Bogen)
13 Lichtstrahl
14 Lichtstrahl
15 -
16 Gegenstand (Licht- bzw. Meßfleck)
17 Objektiv
18 Objektiv
19 optische Achse
20 -
21 optische Achse
22 -
23 Gehäuse (6, 7)
24 Gehäuse (8, 9)
25 -
26 Eingangskarte
27 Rechnereinheit
28 Ausgangskarte
29 -
30 -
31 Längsachse (7)
32 Längsachse (9)
33 Summenbildner-Element
34 Summenbildner-Element
35 -
36 Differenzbildner-Element
37 Differenzbildner-Element
38 Divisor-Element
39 Divisor-Element
40 -
41 Linearisier-Element
42 Linearisier-Element
α Winkel
β Winkel
a Strecke
b Strecke
x Abstand
y Abstand
I₁,₂,₃,₄ Ströme
I_o Monitorstrom
V₇, V₉ Vergleichsspannungen

Claims

1. Verfahren zur Erkennung von Mehrfachbogen (12) entlang einer Transportstrecke (3), wobei jeweils auf eine Ober und eine Unterseite eines Bogens (12) ein Lichtstrahl (13; 14) ausgesendet wird und ein jeweils von der Ober und Unterseite des Bogens (12) reflektierter Remissionsstrahl aufgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lage des oberen Remissionsstrahles und eine Lage des unteren Remissionstrahles aufgenommen wird, daß die Lagen der Remissionsstrahlen kennzeichnende Signale (I₁, I₂, I₃, I₄) gebildet werden, daß die Signale (I₁, I₂, I₃, I₄) miteinander verknüpft und mit einem Sollwert verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale (I₁+I₂; I₃+I₄) additiv miteinander verknüpft werden, daß die Signale (I₁-I₂; I₃-I₄) parallel dazu substraktiv miteinander verknüpft werden, daß die Summen (Σ) der Signale (I₁+I₂; I₃+I₄) durch die Differenzen (Δ) der Signale (I₁-I₂; I₃-I₄) geteilt werden, daß ein jeweils aus der Division entstandenes Signal einem nicht linearen Verstärkerelement (41; 42) zugeführt wird, daß zwei durch die Verstärkerelemente gebildete Vergleichsspannungen (V₇, V₉) einer Rechnereinheit (26, 27, 28) zugeführt werden, daß die Vergleichswerte (V₇+V₉) additiv zu einem Istwert verknüpft und mit einem zuvor abgelegten Sollwert verglichen werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei bestimmter Abweichung des Istwertes vom Sollwert ein Signal "Mehrfachbogen vorhanden" erzeugt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert durch eine praktische Messung ermittelt und im Rechner 27 gespeichert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert mittels einer Tastatur in den Rechner 27 eingespeichert wird.

6. Vorrichtung zur Erkennung von Mehrfachbogen (12) entlang einer Transportstrecke (3) die eine ober- und unterhalb der Bogentransportstrecke sich jeweils gegenüberliegend angeordnete Sender-Empfängereinheit (6, 7; 8, 9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (6, 8) als Lichtstrahl (13, 14) erzeugende Elemente und die Empfänger (7, 9) als Remissionsstrahllage erkennende Elemente ausgebildet sind, daß die Empfänger (7, 9) mittels einer Auswertschaltung (11) miteinander verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger (7, 9) als PSD-Elemente (Position Sensitive Diodes) ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Sender (6; 8) erzeugte Lichtstrahl (13; 14) unter einem Winkel (α) auf eine Oberfläche des Bogens (12) auftrifft.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Empfängern (7, 9) jeweils ein Objektiv (17; 18) vorgeschaltet ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (19; 21) in einem Winkel (β) zur Oberfläche des Bogens (12) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (6, 8) als Laser-Dioden ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus den Summen (Σ) der Ströme (I₁, I₂ bzw. I₃, I₄) gebildeter Strom I_o jeweils dem Sender (6; 8) zur Kompensation der Strahlungsintensität zuführbar ist.