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Anordnung zur Abtastung von Marken auf bewegten Aufzeichnungsträgern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Abtastung von Marken auf bewegten
Auf zeichnungsträgern mit einem optischen System, das die beleuchteten Marken auf
zwei dicht nebeneinander liegenden photoelektrischen Empfängern abbildet, aus deren
Ausgangssignalen ein Differenzsignal erzeugt wird.
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Eine bekannte Anordnung zum Abtasten von Marken bei Druck- oder Schnitt-Registerreglern
enthält eine Reflexions-Lichtschranke mit der eine Bahn beleuchtet wird. Das reflektierte
Licht wird mittels eines photoelektrischen Elements überwacht, dessen Ausgangssig-
/ nal in Abhängigkeit von einer festgestellten Marke schwankt. Dieses Signal wird
vom Kontrast der Marke,- von der Beleuchtungsstärke und von der Form der Marke beeinflußt
(DD-OS 1 962 588).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Anordnung
so weiterzuentwickeln, daß Eontrastw oder Beleuchtungsschwankungen keinen Einfluß
auf die zeitliche Lage des beim Abtasten einer Marke erzeugten Steuersignals ausüben.
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-Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schaltung
zur Überwachung des Differenzsignals vorgesehen ist, durch die bei Nulldurchgang
des Differenzsignals ein Steuersignal ausgelöst wird.
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Infolge der Bewegung der Marke treten in den photoelektrischen.
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Empfängern nacheinander zwei Signale au5, deren Flanken sich berlappen,
wenn der Abstand zwischen den Empfängern kleiner ist als die Ausdehnung der Marke.
Bei gleicher Empfindliclikeit der beide photoelektrischen Empfänger gibt die Anordnung
dann ein Steuersignal ab, wenn die Marke jeweils zur Hälfte auf den photoelektrischen
Empfängern abgebildet wird. Um den bleich zweier photoelektrischer Empfänger,mit
unterschiedlichen Kennlinien zu vermeiden, können zwei in ein gemeinsames Substrat
integriertc Photodioden benutzt werden, die eng benachbart sind.
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Die Anordnung arbeitet ohne Regelung der Signalamplitude oder der
Lampenhelligkeit. Einflüsse von Temperaturänderungen, Veranderungen des Umgebungslichts
oder Schwankungen des Reflexionsfaktors heben sich auf. Lediglich die Amplituden
der Signale hängen --Dfl den Rontrast- oder Beleuchtungsänderungen ab.
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Bei Umkehr der Bewegurgsrichtung der Merke nimmt das Differenz signal
jeweils entgegengesetzte Polaritäten an. Das gleiche gilt, wenn an Steller einer
dunklen Marke auf hellem Untergrund eine helle Marke auf dunklem Untergrund abgetastet
wird. Diese Vorgänge verändern jedoch nicht die Lage des Nulldurchgangs des Differenz
signals.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist voroeseh2n, daß das Differenzsignal
dem Eingang einer Triggerschaltung zufillirbar iut, deren Ansprechschwelle auf eine
Mindestspannung festgelegt Ist und deren Hysterese mit dieser Spannung übereinstimmt.
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Bei dieser Anordnung entsteht die Vorerflanke eines Rechtecksignals,
wenn das Differenzsignal die Mindestspannungshöhe überschreitet. Die Rückflanke
des Rechtecksignals fällt mit dem Nulldurchgang des Differenzsignals zusammen. Lediglich
diRückfanke löst in einem nachgeschalteten Registerregler weitere Schaltvorgänge
aus. Die Anordnung zeichnet sich durch ihren geringen schaltungstechnischen Aufwand
aus.
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Eine günstige Ausführungsform besteht darin, daß das Differenz
signal
einem Eingang eines Dioden-Gatters zuführbar ist, dessen zweiter Eingang mit einer
konstanten Spannung beaufschlagbar ist, daß an das Dìod-ngatter eine Klemmschaltung
angeschlossen ist, die einen Endensator aufweist, der mit einer Diode verbunden
ist, iie an eine weitere Spannung gelegt ist, und daß eine Triggarschaltung mit
der Diode verbunden ist, wobei die Ansprechschwelle ler Triggerschaltung durch die
im Ruhezustand am Ausgang der Diode anstehende Spannung bestimmt ist und die Abfallschwelle
um den steht der konstanten Spannung niedriger als die Ruhe spannung an Reæ Anode
der Diode ist. Mit hilfe der Klemmschaltung und.der Rolstanten Spannung läßt sich
diese Anordnung an die gegebene Hystorese einer Triggerschaltung anpassen.
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Bei einer zweckmäßigen Anordnung ist das Differenzsignal durch elnernr
Differenzverstärker hergestellt, dessen Ausgang über eine r sitive RücEkopplung
derart mit einem Eingang verbunden ist, daß bei einer Mindestspannungsdifferenz
an den Eingängen ein Eipporgaiig auftritt, während das Zurückkippen bei der Differenzspannung
null erfolgt. Mit dieser Anordnung wird auf schaltungstechwisch einfache Weise das
Differenz- und das Steuersignal erzeugt; Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, daß das Differenzsignal zwei Triggerschaltungen zuführbar ist, deren
Ansprechschwellen unterschiedliche Polaritäten aufweisen, und daß den Triggerschaltungen
ein ODER-Glied nachgeschaltet ist.
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Die Anordnung gibt zwei aufeinanderfolgende Rechteckimpulse ab.
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Die negative Flanke des ersten Rechteckimpulses entspricht dem Nulldurchgang
des Differenzsignals. Die Anordnung arbeitet uabhängig von der Bewegungsrichtung
der Marken oder der Abtastung heller oder dunkler Marken.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand von durch eine Zeichnung
erläuterten Ausführungsbeispielen zu ersehen.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Schema des optischen Aufbaus einer Abtastanordnung,
Fig. 2 eine Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals, wobei Photodioden zur Abtastung
der Marken dienen, -
Fig. 3 eine andere schaltung mit Photodioden
zur Abtastung der Marken, Fig. 4 eine Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals,
wobei Photoelemente zur Abtastung der Marken dienen, Fig. 5 eine andere Schaltung
mit Photozellen zur Abtastung der Marken, Fig. 6 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs
von Signalen der Schaltungen gemäß den Figuren 1, 2 und 4, Fig. 7 eine Schaltung,
deren Arbeitsweise unabhängig von der Bewegungsrichtung der Marken ist, Fig. 8 ein
Diagramm des zeitlichea Verlaufs von Signalen der Schaltung gemäß Fig. 6.
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Eine bewegte Materialbahn 1 enthält Druckmarken 2, die photoelektrisch
abgetastet werden. Von einer Lampe = ausgesandtes Licht wird über eine Linse 4,
einen teildurchlässigen Spiegel 5 und eine Linse 6 auf den Bereich der Bahn 1 geworfen,
auf dem die Marken 2 angeordnet sind. Von der Bahn 1 reflektiertes Licht gelangt
über die Linse 6, den teildurchlässigen Spiegel 5 und eine weitere Linse 7 zu zwei
dicht nebeneinander angeordneten photoelektrischen Empfängern 8, 9. Bei Abtastung
einer Marke 2 ändert sich die Helligkeit an den Empfängern 8, 9, die mit der Helligkeit
sich ändernde Ausgangssignale A, B abgeben.
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Als photoelektrische Empfänger 8, 9 können z.B. zwei Photodioden 10,
11 verwendet werden. Die Photodiode 10 ist mit ihrer Kathode an den positiven Pol
12 einer Spannungsquelle angeschlossen.
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Die Anode der Diode 10 ist mit der Kathode der Diode 11 verbunden,
deren Anode an den negativen Pol 13 einer Spannungsquelle gelegt ist. An die Anode
der Diode 10 ist ferner ein Widerstand 14 angeschlossen, dessen zweiter Anschluß
ebenso wie die weiteren nicht darcgestellten Pole der Spannungsquellen an Masse
gelegt ist. Von der Anode der Diode 10 führt ferner eine Verbindung zu einer Triggerschaltung
15, die als Schmitt-Trigger ausgebildet sein kann.
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Diese Ansprechschwelle der Triggerschaltung 15 ist so bemessen, daß
bei verminderter Lampenhelligkeit und geringen Kontrasten zwischen Marken 2 und
Umgebung auf der Bahn 1 eine Mindestspannung zur Auslösung
des
Kippvorgangs genügt. Die Hysterese-der Triggerschaltung 15 wird in Ubereinstimmung
mit dieser Mindestspannung gebracht.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung steht am Widerstand 14 die Differenz
C der an den Dioden 10,11 herrschenden Spannungen zur Verfügung. Sobald diese Differenzspannung
C die Mindestspannung überschreitet, ändert sich das Ausgangssignal der Triggerschaltung
15. Anschließend ändert die Differenzspannung C ihr Vorzeichen. Bei Spannungsnulldurchgang
kippt die Triggerschal-tung 15 wieder in ihre ursprüngliche Lage zurück. Die Flanke
des Signals am Ausgang steht als Steuersignal zur Verfügung und kann in einem nicht
dargestellten, nachgeschalteten Registerregler weiterverarbeitet werden.
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In der Schaltung gemäß Fig. 5 sind zwei Photodioden 16, 17 an den
positiven Pol 18 einer Spannungsquelle ,angeschlossen. Die Photodiode 16 ist über
einen Widerstand 19 mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden. Die Photodiode
17 ist über die Widerstände 20, 21 an den negativen Pol angeschlossen. Der Widerstand
21 ist einstellbar. Die Anoden der Dioden 16, 17 sind an Eingänge eines Differenzverstärkers
22 gelegt, dessen nichtinvertierender Ausgang über einen Widerstand 23 an den positiven
Eingang angeschlossen ist. Durch die positive Rückkopplung erhält der Differenzverstärker
22 Kippverhalten. Der Widerstand 23 ist so bemessen, daß bei einer Mindestspannungsdifferenz
zwischen den~ Eingängen der Pegel am Ausgang auf einen hohen Wert springt. Wenn
die Spannungsdifferenz an den Eingängen auf null zurückgegangenist, fällt die Spannung
am nichtinvertierenden Ausgang des Verstärkers 22 wieder auf den niedrigen Pegel
zurück. Dies ist das Kennzeichen für die Abtastung einer Marke 2.
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Falls die Kennlinien der Dioden 169 17 voneinander abweichen, kann
ein gleichartiges Verhalten durch Einstellung am Widerstand 21 erreicht werden.
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In der, in Fig, 4 dargestellten Schaltung sind zwei Photoelemente
43!
2EX, denen Widerstände 25, L6 parallel geschaltet sind, an zwei Polen gleicher Polarität
miteinander erbunden. Die nicht miteinander verbundenen Pole der Photoelemente 43
zur sind an Masse bzw. an den Eingang eines Verstärkers 27 gelegt, dem eine Diode
28 nachgeschaltet ist. An die Diode ?8 ist die Reiherschaltung eines Widerstands
29 und einer Diode 30 angeschlossen.
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Die Kathode der Diode 30 steht mit einer Spannungsqllelle in Verbindung,
die eine Spannung +UO abgibt. An die Anode der Diode C ist ein Kondensator 31 angeschlossen,
der mit einer weiteren Reihenschaltung eines Widerstands 32 und einer Diode 33 verbunde.-;
ist. Die Kathode der Diode 33 ist an eine positive Spannung 4U1 gelegt. Die Anode
der Diode steht mit dem Eingang einer Triggerschaltung 34 in Verbindung.
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Bei Abtastung einer Marke steigt die Spannung am Ausgang des Verstärkers
an, Die Diode 30 begrenzt die Spannung an ihrer Anodc auf etws den Wert +UO. Diese
Spannung wird auf den Eingang der Klemmschaltung 31, 32, 33 übertragen, deren Ausgangsspannung
durch die Diode 33 auf etwa den Wert +U1 begrenzt wird und den Kondensator 31 auf
die Spannungsdifferenz zwischen Uo und Un entlädt.
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Die Ansprechschwelle der Triggerschaltung 34 liegt unterhalb der Spannung
U1. Mit der Rückflanke des Signals am Ausgang des Verstärkers 28 fällt die Spannung
am Eingang der Triggerschaltung 34.
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Wenn die an den Photoelementen 23, 24 anstehende Spannung den Wert
null hat, herrscht am Eingang der Triggerschaltung 34 die Spannung 81-Uo. Auf diese
Spannung ist die Abfallschwelle eingestellt. Die Triggerschaltung 34 kippt daher
in ihre Ausgangslage zurück. Die Rückflanke des Signals ist der Abtastung einer
Marke 2 zugeordnet.
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Mit Hilfe der Spannungen Uo und U1 ist eine Anpassung der Schaltung
an die Ansprechschwelle und die Abfallschwelle der Triggerschaltung 34 zu erzielen.
Die aus den Elementen 31, )2 und 53 bestehende Anordnung verbessert vor allem die
Störunterdrückung.
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An den Verstärker 27 kann auch die in Fig. 2 dargestellte Triggerschaltung
15 angeschlossen werden.
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Die schaltung gemäß Fig. 5 zeigt zwei Photozellen 35, 36, die
paralle'
geschaltet sind, wobei Pole unterschiedlicher Polarität mibeinander verbunden sind.
Die Photozellen 35, 36 sind mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 37 verbunden,
der eine Gegenkopplung zur Einstellung der Verstärkung aufweist.
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Die Differenz der Ausgangsströme der Photozellen 35, 36 gelangt i
den Differenzverstärker 37, wobei sie entsprechend der Gegenkopplung verstärkt wird.
Die Weiterverarbeitung geschieht dann in einer Schaltung wie Fig. 2, 3, 4oder 7.
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Die Fig. 6 zeigt die Ströme bzw. die Spannungen A, B an den photolektrichen
Empfängern 8, 9, die Photodioden 10, 11 oder 16, 17 sein können. In Ordinatenrichtung
ist die Spannung U und in .ulszissenrichtung die Zeit t dargestellt.
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Sobald eine Marke 2 abgetastet wird, sinkt die Spannung an den Photodioden
10, 11 oder 16, 17 ab und steigt anschließend wieder ar. Die Spaimungsschwankungen
sind aufgrund der geometrischen Lage der photoelektrischen Empfänger 8, 9 zeitlich
gegeneinander phasenverschoben. Bei der Differenz dieser Signale entsteht ein Signal
C, das nur während der Dauer der Abtastung einer Marke vo null verschieden ist und
eine positive sowie eine negative Halbwelle aufweist. Der Nulldurchgang dieser Spannung
C hängt nicht von der Beleuchtung, dem Kontrast oder den Reflexionseigenschaften
der Bahn ab. Die Einflüsse verändern lediglich die Amplitude des Signals C.
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Bei der in Fig. 7 dargestellten Schaltung wird die Differenzspannung
zwei Triggerschaltungen 38, 39 zugeführt, deren Ausgänge an ein ODER-Glied 39 angeschlossen
sind.
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Die Triggerschaltung 38 spricht auf positive Spannungspegel an, während
die Triggerschaltung 39 für negative Spannungspegel vorgesehen ist.
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Die Differenzspannung D, die in Fig. 8 gezeigt ist, verursacht die
Entstehung zweier Rechtecksignale E, F. Die Rückflanke des Signals E dient zur Kennzeichnung
des Null durchgangs der Spannung
D. Die Schaltung gemäß Fig. 7 arbeitet
unabhängig von der Bewegungsrichtung der Marken 2. Ob helle oder dunkle Marken 2
abgetastet werden, spielt für die Entstehung der Signale E, F keine Rolle.