DE2611539A1

DE2611539A1 - Verfahren zur fehlersuche bei bewegten materialbahnen

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Publication number: DE2611539A1
Application number: DE19762611539
Authority: DE
Inventors: Julius Dr Geiger; Hans Joachim Dr Klein; Guenter Masa; Manfred Rupprecht; Heinz Wonneberg
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1976-03-18
Filing date: 1976-03-18
Publication date: 1977-09-29
Also published as: DE2611539B2; GB1575093A; DE2611539C3; FR2344830A1; FR2344830B1; BE852084A; JPS52113792A; US4118127A

Description

5090 LEVERKUSEN. BAYERWERK

Patentabteilung

Tel: (0 21 72) 30(1)-

1 6. MRZ. 1976 ^Ki/eb

Verfahren zur Fehlersuche bei bewegten Materialbahnen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlersuche und zum Erkennen und Orten von längsorientierten Fehlern auf laufenden Papier- oder Folienbahnen, insbesondere auf photographischen Materialien. Hierbei wird die Bahn quer zu ihrer Bewegungsrichtung von einem feststehenden Abtastgerät, dessen Abtastzeilenlänge größer oder gleich der zu untersuchenden Materialbahnbreite ist, zellenförmig optisch gescannt und in Reflexion abgetastet. Die vom Abtastgerät ausgehenden Momentanwerte des reflektierten Abtastsignales werden gemittelt. Eine Fehleranzeige erfolgt nur dann, wenn eine Abweichung vom Mittelwert vorhanden ist.

Bei der Herstellung von Materialbahnen, insbesondere von beschichteten Folien, wie photographischen Filmen und Papieren, können auf der Materialbahn, insbesondere in den auf der Trägerfolie aufgebrachten Schichten Fehler entstehen, die die spätere Benutzung der Bahn wesentlich beeinträchtigen. Neben punktförmigen Fehlern, wie Schmutz, Blasen etc., sind es vor allem in Bahnrichtung verlaufende Längsfehler, wie Begußstreifen, Kratzer, die sich oftmals über die gesamte Bahnlänge erstrecken können und damit zu einer erheblichen Minderung der Qualität führen. Solche, in Bahnlängsrichtung auftretende Fehlstellen müssen unbedingt gefunden werden.

Die bekannten optischen Methoden zur Fehlersuche an bewegtem banförmigen Material sind mit einem Nachteil behaftet.Das von der zu prüfenden Materialbahn über einen Photodetektor empfangene re-

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Telex- 0 510 871 Verw. + Vertrieb Telegramme: Verkauf u. Verwaltung: Agfagevaert Leverkusen Konten: LZB Zweigstelle Leverkusen 375ΟΘΟΟΟ

8 510 870 Finanz · u. Rechngsw. Fabrik: Fotofabriken Leverkusen Postscheck Köln 472-5Ο7

VORSTAND Erich Lindemann. Vorsitzender; Paul Francken. VORSITZENDER DES AUFSICHTSRATS: Hendrik Cappuyns

stoM^r»- Vorsitzender Albert Beken. Johan Bisschops. SITZ DER GESELLSCHAFT Leverkusen

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flektierte oder hind^chgelassene Licht ist auch bei fehlerfreiem Bahnmaterial bereits durch die Materialeigenschaften der Bahn moduliert, da eine völlige Gleichmäßigkeit nicht vorausgesetzt werden kann. Das am Photodetektor erzeugte Signal zeigt also auch bei fehlerfreier Bahn stets eine gewisse störende Unruhe (Untergrundrausehen).

In den meisten Fällen wird durch amplitudenbegrenzende Maßnahmen (Schmitt-Trigger, Begrenzerdioden etc.) das Untergrundrauschen elektronisch abgeschnitten, so daß nur Fehler auf der Materialbahn detektiert werden können, deren elektrische Impulse größer als die höchsten Störimpulse und damit größer als die Diskriminatorspannung sind. Eine Verbesserung bringt eine Methode, bei der ein für das zeitlich gemittelte Spitzenrauschen kennzeichnendes modifiziertes Ausgangssignal des Photodetektors gebildet und dieses über einen Spannungskomparator mit dem ursprünglichen Ausgangssignal des Photodetektors verglichen wird, so daß unerwünschte Rauschanteile unterdrückt und der Komparator nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn ein echter Fehlerimpuls vorliegt. Zusätzlich zur weiteren Verringerung von Fehlanzeigen bei fehlerhaftem Material wird das Ausgangssignal des Komparators noch auf einen Diskriminator mit konstanter Schwellspannung gegeben (US-PS 3 5IO 66k), Auch bringen zusätzliche frequenzbestimmende Methoden in Form von Filtern zur Trennung zwischen Fehlerimpulsen und Untergrundrauschen (z.B. US-PS 3 5IO 66h und 3 206 606) keine optimale Lösung, da sich im allgemeinen Fehlerimpulse und Untergrundrauschen fl^quenzmäßig kaum unterscheiden. Solche Anordnungen dienen lediglich dazu, Störfrequenzen, die nicht in den Meßfrequenzbereich fallen, herauszufiItem.

In neuerer Zeit wurde ein Verfahren zur Fehlersuche und zum Erkennen und Orten von längsorientierten Fehlern auf bewegten Materialbahnen beschrieben (DT-OS 2 363 422), bei dem durch Einsatz eines optischen Scanners die Abtastzeile parallel zu sich selbst und quer zur Bahnlängsrichtung verschoben wird. Durch Erzeugen von zwei definierten Zeitmarken in der Abtastzeile erfolgt dabei eine sequentielle Abtastung der Materialbahn an diesen Marken, während die Abtastzeit mit konstanter Geschwindigkeit über

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die gesamte Bahn hin- und herbewegt wird. Durch quasi-kontinuierliche Mittelwertbildung des von der Bahn erhaltenen und durch die Oberflächeneigenschaft der Bahn modulierten Signals an der jeweiligen Zeitmarke wird das Untergrundrauschen eliminiert. Damit können auch sehr feine Längsfehler, deren Fehleramplituden gleich oder kleiner als die Rauschamplituden sind, detektiert werden.

Dieses Verfahren ist für die Abtastung von relativ breiten Materialbahnen konzipiert und hat sich hier auch sehr gut bewährt. Bei der Abtastung von relativ schmalen Bahnen (vor allem, wenn die Bahnbreite kleiner als die Abtastzeilenlänge ist) ist jedoch der mechanische Aufwand für die Traversierung aufwendig. Es wurde nun gefunden, daß man mit dem eingangs beschriebenen Verfahren das gleiche Ziel erreichen kann, wenn erfindungsgemäß innerhalb der Abtastzeile elektronisch mindestens eine Zeitmarke gebildet wird, die ausgehend von dem einen Ende des Abtastbereiches bei jeder Abtastung um einen konstanten Schritt Tg weitergeschoben wird bis das andere Ende des Abtastbereiches erreicht ist und der jeweils an der Zeitmarke erscheinende Momentanwert des reflektierten Abtastsignales über einen aus mehreren Abtastungen bestehenden Abtastzyklus gemittelt wird. Zweckmäßig ist die Schrittweite und damit die Gesamtzahl der Schritte innerhalb des Abtastbereiches einstellbar.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmarke durch die L-O-Flanke eines Impulses erzeugt wird, der ausgehend von einem Zeilenstartimpuls über ein Zeitglied getriggert wird, wobei die Impulslänge von Abtastzeile zu Abtastzeile um T₂ vergrößert wird. Spezielle Ausführungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind darüber hinaus in den Unteransprüchen beschrieben.

Das erfindurg sgemäße Verfahren hat den Vorteil einer höheren Betriebssicherheit, da die mechanische Traversierung des Meßkopfes entfällt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt in der erleichterten Ortung von Fehlern. Das Meßprinzip der wan-

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dernden Zeitmarke ermöglicht eine bahnbreitenbezogene Ortung ohne Unterteilung der Bahn in eine Reihe von nebeneinander liegenden festen Meßkanälen. "Bahnbreitenbezogen" bedeutet dabei, daß die Lage eines Längsfehlers in bezug auf die Bahnbreite unabhängig von der Lage der Bahn relativ zum Abtastgerät in einem ersten Durchgang der Zeitmarke ausgehend vom Fehler selbst für den nächstfolgenden Durchgang immer wieder neu festgelegt wird. Die dazu erforderliche Elektronik ist - im Gegensatz zu der J oben erwähnten Kanaleinteilung - mit verhältnismäßig geringem schaltungstechnischem Aufwand zu realisieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Insbesondere wird der Aufbau und die Wirkungsweise der dazugehörigen Schaltung erklärt. Es zeigen

Figur 1 den schematischen Aufbau des optischen Reflexions-Scanners,

Figur 2 das vom Photoempfänger aufgenommene Signal für eine Zeilenabtastung sowie den dazugehörigen Zeilenstartimpuls,

Figur J>a. das Blockschaltbild der Elektronik für das Verschieben der Zeitmarken,

Figur 3b das zu Fig. 3a zugehörige Impuls-Zeitdiagramm für zwei aufeinanderfolgende Zeilen des optischen Scanners,

Figur 4 das Prinzip der Bandbreitenzuordnung eines Längsfehlers,

Figur 5a das Blockschaltbild zur Prüfung der Zuordnung eines Längsfehlers zur Bandbreite,

Figur 5b das zu Fig. 5a zugehörige Impuls-Zeitdiagramm,

Figur 6 das Blockschaltbild der Auswerteelektronik zur Längsfehlererkennung.

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Figur 1 zeigt eine vereinfachte perspektivische Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels des optischen Scanners: Die Lichtquelle 1 besteht aus einer Wolframlampe. Sie beleuchtet durch einen unter einem Winkel von z.B. 45° zur Strahleinfallsrichtung angebrachten halbdurchlässigen Spiegel 2 hindurch den in Höhe und Breite verstellbaren Eintrittsspalt 3, der auf der der Lampe abgewandten Seite des Spiegels 2 befestigt ist.

Ein mit Planspiegeln 4 bestücktes Spiegelrad 5, das von einem Motor 6 angetrieben wird, ist so drehbar angeordnet, daß sich seine Peripherie, d.h. die Spiegel 4, bei Rotation des Rades im Brennpunkt eines Parabolspiegels 7 bewegen, der parallel zu der in Pfeilrichtung sich bewegenden Materialbahn 8 angebracht ist. Zur Vermeidung von Bahnunruhen wird die Materialbahn 8 über zwei eng benachbarte und möglichst stark umschlungene Walzen 9 und 10 geführt.

Mittels der Konvexlinse 11 wird der beleuchtete Spalt 3 über die Spiegel 4 des Spiegelrades 5 und die Spiegeloberfläche des Parabolspiegels 7 als kleiner Abtastfleck 3a auf der Materialbahn 8 mit senkrecht zur Bahnoberfläche verlaufender Einfallsstrahllichtung abgebildet. Spiegelrad 5 und Parabolspiegel 7 stehen, da das Spiegelrad unterhalb vom Parabolspiegel 7 angebracht ist, aus strahlentechnischen Gründen etwas verkantet zueinander. Das von der Materialbahn 8 reflektierte und durch die Oberflächeneigenschaften der Bahn modulierte Licht gelangt auf dem gleichen Weg über den Parabolspiegel 7, die Spiegel 4 und die Linse 11 zurück bis zum halbdurchlässigen Spiegel 2, an dem es durch Reflexion umgelenkt und schließlüi mittels der Konvexlinse 12 auf dem Photoempfänger 13, der z.B. eine schnelle, hochempfindliche und möglichst rauscharme Photodiode, Phototransistor oder dergleichen sein kann, fokussiert wird. Der Scanner arbeitet also nach dem Autokollimationsprinzip.

Rotiert das Spiegelrad 5 im angezeigten Drehsinn, so verschiebt sich der vom Parabolspiegel 7 reflektierte Strahl in der angegebenen Richtung parallel, wobei der Abtastfleck 3a die Materialbahn 8 auf der Abtastlinie 14 abtastet. Die Anordnung ist so gewählt, daß für eine Abtastung nur jeweils ein Spiegel 4 des

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Spiegelrades 5 benutzt wird. Bei in Pfeilrichtung bewegter Materialbahn 8 erfolgt so eine zellenförmige, lückenlose Abtastung der Bahn auf der Länge der Abtastlinie 14-.

Fehlstellen auf der Materialbahn werden vom Abtastfleck 3a erfaßt und gelangen über Parabolspiegel 7, Spiegelrad 5, Linse 11, halbdurchlässigen Umlenkspiegel 2 und Linse 12 auf den Photodetektor 13, der sie in elektrische Fehlerimpulse umsetzt. Zwischen Parabolspiegel 7 und Materialbahn 8 ist ein das sichtbare Spektrum absorbierendes Infrarotfilter 15 eingeschaltet, wenn photographisches Material kontrolliert wird. An den Enden des Parabolspiegels 7 entstehen durch Herein- bzw. Herauslaufen des Abtaststrahls Impulse, die jedoch für das Verfahren keine störende Wirkung haben. Seitlich neben dem Parabolspiegel ist eine weitere Photodiode 16 derart im Strahlengang angeordnet, daß sie vom abtastenden Strahl überstrichen wird und vor Beginn einer jeden Abtastung einen Zeilenstartimpuls liefert. Zur Erzeugung dieses Zeilenstartimpulses können auch andere Mittel verwendet werden, z.B. eine induktive Abtastung des Spiegelrades. In dem Ausführungsbeispiel mit einer 7 cm breiten Abtastung, das entspricht der Länge der Abtastlinie 14, beträgt die Drehzahl des Spiegelrades 50 U/sec. Bei einer Anzahl von 16 Spiegeln 4 ist demnach die Abtastfrequenz 800 Hz und damit die Gesamtdurchlaufzeit für einen Spiegel 4, das ist die Summe der aus der eigentlichen Abtastzeit T auf der Bahn 8 und einer gewissen,

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durch die Geometrie und die Spiegelzahl bestimmten Dunkelzeit T_d zwischen zwei Spiegeldurchgängen, T - 1,25 ras. Bei einer Bahngeschwindigkeit von z.B. 40 m/min erhält die Bahn 8 in dieser Zeit (1,25 ms) einen Vorschub von 0,83 mm.

Figur 2a zeigt das vom Photoempfänger 13 aufgenommene Signal für eine Zeilenabtastung bei fehlerfreier Bahn. Das Signal ist nur durch die normalen Oberflächeneigenschaften der Bahn moduliert. Die Abtastung erfolgt von links nach rechts. 17 ist daher der von der Oberfläche der Bahn abhängige Hereinlaufimpuls, 18 der zugehörige Herauslaufimpuls, T * 1,25 ms ist die Gesamtdurchlaufzeit eines Spiegels, die sich aus der Abtastzeit T„ und der

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Dunkelzeit T, zusammensetzt.

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In Figur 2b ist der zugehörige, vor jeder Zeilenabtastung liegende von der Photodiode 16 aufgenommene Zeilenstartimpuls 19 dargestellt.

Figur 3a zeigt das Blockschaltbild für die Verschiebung der je Abtastzeile erzeugten Zeitmarke (Zeitmarken) und Figur 3b das dazugehörige Impuls-Zeitdiagramm für zwei aufeinanderfolgende Zeilenabtastungen des Scanners (Fig. 1 und Fig. 2). Zur besseren Erkennung der Wirkungsweise der elektronischen Schaltung werden Fig. 3a und ~$b nebeneinander betrachtet.

Figur 3b-a zeigt den zeitlichen Verlauf des vom Photoempfänger 13 (Fig. 1) empfangenen und bereits verstärkten Signals für zwei aufeinanderfolgende Abtastungen, 17 ist der bereits erwähnte Hereinlaufimpuls, 18 der Herauslaufimpuls für die erste Abtastzeile, 17' und 18' die entsprechenden Impulse für die folgende Abtastung. T β 1,25 ms ist die Gesamtdurchlaufzeit eines Spiegels.

Der von der Photodiode 16 (Fig. 3a) vor Beginn einer jeden Abtastzeile erzeugte Zeilenstartimpuls wird im Verstärker 20 verstärkt und durch den Schmitt-Trigger 21 in einen positiven Rechteckimpuls umgeformt. Fig. 3b-b zeigt den zeitlichen Verlauf des Zeilenstartimpulsesl9 bzw. I9¹ für die folgende Abtastzeile, Fig. Jto-c den daraus genormten Rechteckimpuls am Ausgang des Schmitt-Triggers 21« Hinter diesen ist ein monostabiler Multivibrator 22 geschaltet, der von der L-0-Flanke des Schmitt-Triggers 21 ausgehend einen weiteren positiven Rechteckimpuls vorgegebener Breite T₁ liefert (Fig. 3b-d), dessen L-0-Flanke zeitlich hinter den von der Oberfläche der Materialbahn abhängigen Hereinlaufimpuls 17 bzw. 17' (Fig. 3b-a) fällt und damit den Beginn des zulässigen Abtastbereichs des Scanners kennzeichnet. Der für die Abtastung störende Hereirilaufimpuls wird somit unterdrückt. Die Zeit T, des monostabilen Multivibrators wird abhängig von der Breite des abzutastenden Materialbandes eingestellt. Das Materialband sollte zweckmäßig symmetrisch zwischen den Hereinlaufimpulsen I7 bzw. 17^f und den Herauslaufimpulsen 18 bzw. I8¹ liegen. Die Zeit des monostabilen Multivibrators und damit der Beginn des zulässigen Ab-

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tastbereichs des Scanners kann in bekannter Weise durch Änderung der Zeitkonstanten des monostabilen Multivibrators beliebig innerhalb der Abtastzeile verschoben werden. Das Ende des Abtastbereichs des Scanners und damit die abzutastende Materialbreite wird mit dem später beschriebenen Schrittvorwahlzähler 35 festgelegt. Die L-O-Flanke des positiven Rechteckimpulses am Ausgang des monostabilen Multivibrators 22 steuert ein RS-Flip-Flop 23 an und setzt über den S-Eingang 2k dessen Ausgang 25 auf positives (L) Potential (Fig. 3b-e). Mit dieser O-L-Flanke wird ein bit über den Eingang 26 in den Zähler 27 eingezählt (so daß dessen Inhalt von z.B. Null ausgehend jetzt 1 ist), gleichzeitig wird ein weiterer Zähler 28 über den Steuereingang 29 zählbereit gemacht. Der Clockeingang 30 des Zählers 28 wird kontinuierlich von einem Taktgeber 31, hier im Ausführungsbeispiel ein Rechteckgenerator mit einer Frequenz\( 2 = IA₂ = 8192OO Hz gespeist. Der Zähler 28 kann jedoch erst diese Werte übernehmen, nachdem das vom Flip-Flop 23 gelieferte positive Signal an dessen Eingang 29 anliegt (Fig. 3b-^e)· Sobald dieses L-Signal nicht mehr anliegt, ist der Zähler nicht mehr zählbereit und wird auf Null gesetzt. Die Inhalte der Zähler 27 und 28 werden einem Vergleicher 32 zugeführt, der bei gleichen Inhalten der Zähler 27 und 28 an seinem Ausgang ein Signal liefert. Dieses Signal setzt über den R-Eingang 3²J- des Flip-Flop 23 dessen Ausgang 25 wieder nach Null, d.h. der Inhalt des Zählers 28 wird über den Eingang 29 gelöscht. Der Zeilenstartimpuls I9¹ der folgenden Zeile (Fig. 3b-b) liefert in gleicher Weise wie oben beschrieben über den Verstärker 20, den Schmitt-Trigger 21, das monostabile Zeitglied 22 eine weitere L-0-Flanke, die das Flip-Flop 23 setzt. Die am Flip-Flop-Ausgang entstehende O-L-Flanke zählt ein weiteres bit in den Zähler 27, dessen Inhalt jetzt mit 2 bewertet ist und macht den Zähler 28 zählbereit, der jetzt von 0 bis 2 zählen muß, bevor der Vergleicher ermittelt, daß die Inhalte der Zähler 28 und 27 gleich sind. Dieses Gleich-Signal setzt das Flip-Flop 23 wieder in seine Ausgangslage, d.h. O-Potential am Ausgang 25, zurück. Die Zeit t des Ausgangssignals des Flip-Flop 23, d.h. die Zeit, während der Ausgang 25 auf L-Potential liegt, ist also variabel und wird von Abtastzeile zu Abtastzeile um T₂ vergrößert (Fig. 3b-e und 3b-f). Es ist also der Zusammenhang

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gegeben t = η T₂, wobei η die Anzahl der Abtastzeilen ist. Die L-O-Flanke des Flip-Flop 23 verschiebt sich also jeweils um einen Schritt Tp von Abtastzeile zu Abtastzeile über den zulässigen Abtastbereich des Scanners, dessen Eeginn, wie beschrieben, durch die O-L-Flanke des Flip-Flop 23 festgelegt wurde (Fig.j5b-e und 3b-a). Durch die L-O-Flanke des Flip-Flop 23 (Fig. 3b-e) ist die Zeitmarke 34 bzw. 34' für die folgende Abtastzeile, d.h. der Zeitpunkt der Abfrage des am Scanner anstehenden Signals definiert. Während der Scanner zeilenweise abtastet, wird also die Zeitmarke 34 in Schritten von T₂ pro Abtastzeile verschoben. Die Abfrage des anstehenden Scanner-Signals (Fig. 3b-a) erfolgt also an der über den Abtastbereich wandernden Zeitmarke. Das Ende des Abtastbereichs ist durch die Anzahl η der Schritte gegeben; η wird in dem Schrittvorwahlzähler 35 festgelegt. Hat der Zähler 27, der mit dem Eingang 36 des Schrittvorwahlzählers 35 verbunden ist, die vorgewählte Schrittzahl η erreicht, ist das Ende des Meßbereichs, über den die Zeitmarke verschoben wird, erreicht und der Zähler 27 wird über den Eingang 37 auf Null gesetzt, so daß der Vorgang der Zeitmarke nverschiebung wieder von vorn beginnen kann.

Der Vorgang sei an einem Zahlenbeispiel näher erläutert:

Bei einem optischen Scanner mit einer Abtastgeschwindigkeit auf der abzutastenden Bahn von z.B. V ■ 65,6 m/s = 0,0656 mm/tts und der im Beispiel angegebenen Taktfrequenz S> ₂ «= 1/T₂ ⁼ 8!9²OO Hz ergibt sich für T₂ = 1/^₂ = I/8I92OO = 1,22 · lo"° s « 1,22/<s. Man erhält bei diesem Ausführungsbeispiel eine auf den Meßbereich bezogene örtliche Verschiebung der Zeitmarke (« Abtastmarke) 34 bzw. 34' (Fig. 3b-a) von Abtastzeile zu Abtastzeile x-T« * ν ·= 0,0656 mm/jus · 1,22/is ■ 0,08 mm. Bei einer Schrittvorwahl von η = 500 ist es mögich, eine Bahnbreite b - η . χ « 500 · 0,08 mn 40 mm abzutasten. Mit der Schrittvorwahl η kann also bei vorgegebener Abtastgeschwindigkeit V und Taktzeit T₂ der Abtastbereich des zu prüfenden Materialbandes festgelegt werden. Da die Verschiebung der Zeitmarke um den Betrag χ von Zeile zu Zeile, d.h. also jeweils nach der Scanzeit T = 1,25 ms erfolgt, ergibt sich die Zeit für das Durchschieben der Zeitmarke (« Abtastmarke) über den Abtastbereich aus der Beziehung η · T - 500 · 1,25 » 625 ms « 0,625 s. Dieses Zahlenbeispiel ist willkürlich gewählt. Durch Wahl

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und Kombination der einzelnen Parameter läßt sich leicht erreichen, daß z.B. durch Vergrößerung der Schrittzahl η bei vorgegebener Abtastbreite der Einzelschritt χ verkleinert und damit die Auflösung bei der Signalerkennung vergrößert wird. Wie aus dem Zahlenbeispiel zu ersehen ist, ist die Schrittgröße χ der Zeitmarke von Abtastzeile zu Abtastzeile abhängig von der Abtastgeschwindigkeit V des Scanners, d.h. also von der Drehzahl des Antriebsmotors des Scanners,und der Taktfrequenz 3 ₂ = 1/T₂.

Eine Synchronisierung des Motors mit der Taktfrequenz ist bei der Verwendung von Synchronmotoren zwar nicht erforderlich, erhöht jedoch die Funktionssicherheit des Verfahrens. Diese Synchronisierung kann z.B. in folgender Weise geschehen (Fig. 3a): Die Frequenz der vom Taktgeber 31 erzeugten Rechteckimpulse wird mittels des Frequenzteilers 38 auf 50 Hz Rechteckimpulse heruntergeteilt. Der an dem Frequenzteiler anschließende Tiefpaß 39 erzeugt durch Ausfilterung der Oberwellen eine sinusförmige Spannung, mit der der Synchronmotor des Scanners über den Leistungsverstärker 4o angetrieben wird. Die Synchronisierung ist in bekannter Weise auch mit jedem anderen Motortyp möglich, sie kann auch in umgekehrter Weise erfolgen, indem der Taktgeber von einem am Motor angebrachten Signalgeber synchronisiert wird.

Die Erkennung eines Fehlers als Längsfehler ist auch mit nur einer Abtastmarke möglich, wenn der· beim Verschieben der Abtast marke über den Meßbereich gefundene Fehler bahnbreitenbezogen eingespeichert wird und anschließend geprüft wird, ob beim folgenden Durchfahren der Abtastmarke an der gleichen Stelle innerhalb der vorgegebenen Toleranz wieder auftritt. Dies sei in Figur 4 veranschaulicht. 41 sei ein Längsfehler auf der Materialbahn 8, die sich in angegebener Pfeilrichtung bewegt. Die z.B. von links nach rechts sieh über die Bahnbreite verschiebende Zeitmarke 34 (Fig. 3b) beschreibt relativ zur bewegten Bahn den Weg 42 für den ersten und 43 für den folgenden Durchgang. Es muß nun geprüft werden, ob der an der Stelle 44 beim ersten Durchgang erkannte Fehler an der gleichen Bahnbreitenstelle 45 beim zweiten Durchgang innerhalb einer bahnbreitenbezogenen Toleranz Λ, gekennzeichnet durch die beiden Linien 46 und 47, wieder gefunden wird.

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Figur 5a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Durchführung dieser Prüfung. Figur 5b das dazugehörige Impuls-Zeitdiagramm für zwei aufeinanderfolgende Durchgänge der Abtastmarke. Zum besseren Verständnis werden beide Abbildungen parallel betrachtet.

Entsprechend der Fig. 4 habe die Zeitmarke im ersten Durchgang 42 den Fehler 41 an der Stelle 44 passiert und erkannt. Dieser Zeitpunkt 48 ist in Fig. 5b-a und das zugehörige Fehlersignal 49 in Fig. 5b-b dargestellt. Beim folgenden Durchgang 43 werde der Fehler 41 an der Stelle 45 erkannt. Dies entspricht dem Zeitpunkt 48' in Fig. 5b-a. Das zugehörige Fehlersignal 49' ist in Fig. 5b-b dargestellt. Das Fehlersignal 49 setzt (Fig. 5a) über den Eingang 50 den Ausgang 51 des Flip-Flop 52 auf L-Potential (Fig. 5b-c). Dadurch werden sowohl der Vorwahlzähler 53* mit dem die Toleranz Δ durch entsprechende Vorwahl vorgegeben wird, über den Eingang 54 als auch das Schieberegister (SR) 55 über den Eingang 59 geöffnet. Das SR hat die Aufgabe, die bahnbreitenbezogene Lage der durch den Zähler 53 bestimmten ToleranzbreiteA so festzulegen, daß beim folgenden Durchlauf 43 eine symmetrische Lage des Toleranzbereichs A um den Fehler 41, also zwischen den Markierungen 46 und 47 gewährleistet ist. Nachdem der Zähler 53 und das SR 55 geöffnet sind, werden über die Eingänge 56 und 57 vom Schmitt-Trigger 21 (Fig.3a bzw. Fig. 3b-c) die Zeilenstartimpulse eingezählt. Erreicht der Zähler 53 seine Vorwahl a, so wird ein Ausgangsimpuls am Zähler erzeugt (Fig. 5b-d), der das Flip-Flop 52 über den Eingang 58 zurücksetzt (Fig. 5b-c).Dadurch wird auch das SR 55 über den nun auf Null liegenden Eingang 59 in der Weise gesperrt, so daß nichts mehr eingegeben wird, aber der bis dahin eingelesene Inhalt Δ über den Eingang 57 taktweisa (n - |) Schritte weitergeschoben wird. Da das SR selbst nur eine Länge von (n - *) bit hat und der InhaltASchrite beträgt, beginnt das Herausschieben nach (n - -2Δ) Schritten und ist nach (n - -) Schritten beendet. Während des Herausschiebens des Toleranzbereiches δ liegt der Eingang 60 des Und-Gatters 61 auf L-Potential (Fig. 5b-e), so daß nur die von der Abtastmarke erfaßten Fehler, die bahnbreitenbezogen innerhalb der Toleranz δ liegen (Fig. 5b-a, Fig. 5b-b) über den Eingang 62 des Und-Gatters 6l am Ausgang des Gatters ein Signal erzeugen (Fig. 5b-f), also detektiert werden können. Dies ist bei Längsfehlern der Fall, A-G 1384 - 11 -

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Da das beschriebene Verfahren der Bahnbreitenzuordnung immer wieder vom detektierten Fehler neu beginnt, also immer nur ein Durchgang der Meßmarke mit dem folgenden verglichen wird, ist eine genaue Bahnbreitenzuordnung möglich. Dies bedeutet gegenüber den bisher üblichen Methoden der Zuordnung von längsorientierten Fehlern in bezug auf die Bahnbreite mittels einer festen Kanäleintellung einen wesentlichen Vorteil, da hierbei immer die beidseitig angrenzenden Nachbarkanäle mit in Betracht gezogen werden müssen.

Figur 6 zeigt das Blockschaltbild der Auswerteelektronik zur Längsfehlererkennung. Zur besseren Erklärung der Wirkungsweise der elektronischen Schaltung werden Fig. 6 und Fig. 3b nebeneinander betrachtet. Das vom Photoempfänger 13 (s.auch Fig. 1) erzeugte Signal der durch die Eigenschaften der Bahnoberfläche modulierten reflektierten Strahlung wird im Verstärker 63 breitbandig verstärkt und gelangt auf den Eingang eines sowohl für positive als auch für negative Eingangsamplituden geeigneten Sample and Hold-Gliedes 64 (z.B. Typ SHA IA der Firma Analog Devices, USA). Das am Ausgang des Verstärkers 63 erhaltene Signal ist in Fig. 3b - a für zwei aufeinanderfolgende Zeilenabtastungen des Scanners dargestellt. Der Ausgang 25 des Flip-Flops 23 (Fig.3a) ist mit dem Steuereingang des Sample and Hold-Gliedes 64 verbunden. Liegt der Steuereingang des Sample and Hold-Gliedes 64 auf L-Potential, das ist also während der Zeit t (Fig. 3b-e), so ist die Funktion "Sample" eingeschaltet, liegt er auf O-Potential, so ist die Funktion "Hold" eingeschaltet. An der, Zeitmarke 34 bzw. 34' (Fig. 3b) wird also jedesmal von "Sample" auf "Hold" umgeschaltet, während an den O-L-Übergängen auf "Sample" geschaltet wird. Die Funktion "Sample" bedeutet, daß am Ausgang des Sample and Hold-Gliedes stets das Eingangssignal vorhanden ist, während nach dem Umschalten auf "Hold" der zu diesem Zeitpunkt am Eingang anstehende Signalwert am Ausgang für die Hold-Zeit als fester Spannungswert erhalten bleibt. Der Ausgang des Sample and Hold-Gliedes 64 ist mit zwei Spannungs-Frequenzwandlern 65 und 66 verbunden, wobei der eine 65 für positive Eingangssignale, der andere 66 für negative Eingangssignale geeignet ist. Sie haben die

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Aufgabe, während einer genau definierten Wandelzeit T, innerhalb der Hold-Zeit (des Sample and Hold-Gliedes 64) den gerade am Ausgang des Sample and Hold-Gliedes 64 anstehenden positiven oder negativen Wert in eine Impulsfolge definierter Rechteckimpulse mit einer dem Wert proportionalen Frequenz umzuwandeln. Das Wandelverhältnis beträgt 10 kHz/V. (z.B. Typ W 10-lOP bzw. WlO-ION, BPS-Electronic GmbH, Hannover).

Die Wandelzeit T, wird, wie weiter unten näher erläutert wird, für den an der Abtastmarke 34 bzw. 34' festgehaltenen und im Sample and Hold-Glied 64 gespeicherten Momentanwert für das Ausführungsbeispiel gleich T_d gewählt (Fig. j5b - a und 3b - g).

Der Ausgang des vom Flip-Flop 23 mit der L-0-Flanke (Fig. Jb - e) getriggerten monostabilen Multivibrators 67 zur Erzeugung der Wandelzeit T-, ist mit den Triggereingängen der Spannungs-Frequenz-Wandler 65 und 66 verbunden, so daß die Wandlung des anstehenden Signals nur während der Wandelzeit T, erfolgt (Fig. 3b - g). Die Wandelzeit T-, wird im Ausführungsbeispiel zweckmäßigerweise gleich T, gewählt, wdl beim Eintreffen der Zeitmarke (Abtastmarke) 34 bzw. 34' am rechten Rand des Abtastbereichs mindestens die Wandelzeit T, = T_d zur Verfügung steht, bevor die Zeitmarke den nächsten Durchgang am linken Rand des Abtastbereichs wieder beginnt. Bei kleiner gewählten Abtastbereichen kann die Wandelzeit entsprechend verlängert werden. Die Wandelzeit kann selbstverständlich auch auf andere Weise erzeugt werden, z.B., ausgehend vom Taktgeber 3I, durch Festlegung einer Anzahl vom Impulsen. Die Ausgänge der Spannungs-Frequenzwandler 65 und 66 sind mit den Eingängen des Vor-Rückwärts-Zählers 68 derart verbunden, daß der Ausgang des Spannungs-Frequenzwandlers 65 an den Vorwärtseingang 69 und der Ausgang des Spannungs-Frequenzwandlers 66 an den Rückwärtseingang 70 des Zählers 68 angeschlossen ist. Der Vor-Rückwärts-Zähler 68 hat eine wählbare Voreinstellung, z.B. die Zahl 32. Des weiteren sind zwei Ausgänge des Zählers angewählt, der Ausgang 7I z.B. mit der Zahl 64, der Ausgang 72 mit der Zahl 0. Das bedeutet, gelangen Impulse auf den Eingang 69, so werden sie ab der Zahl 32 "vorwärts" gezählt. Ist die Vorwahl 64 erreicht,

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so erscheint am Ausgang 71 ein Impuls. Dies ist dann nach genau 32 Eingangsimpulsen der Fall. Gelangen andererseits Impulse auf den Rückwärtseingang 70, so werden sie von der Voreinstellung beginnend "rückwärts" gezählt, bis nach ebenfalls 32 Impulsen die Zahl 0 erreicht wird und am Ausgang 72 ein Impuls entsteht. Die Ausgänge 71 und 72 des Zählers 68 sind über das Oder-Gatter 73 zusammengefaßt.

Der Ausgang des Schmitt-Triggers 21 (s.auch Fig. 3a), der den genormten Zeilenstartimpuls erzeugt (s. Fig. 3b - c), ist mit einem Impulsuntersetzer 74 verbunden, der die Zeilenstartimpulse z.B. 8:1 untersetzt. Nach jeder achten Abtastung erscheint am Ausgang des Untersetzers 74 ein Signal, aus dem durch den monostabilen Multivibrator 75 ein kurzer Rechteckimpuls erzeugt wird, der auf den Voreinstellungseingang 76 des Zählers 68 weitergeleitet wird. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß jeweils nach acht Zeilenabtastungen (Abtastzyklus) der Zähler 68 erneut auf die Zahl 32 voreingestellt wird. Anhand eines Beispiels wird zur besseren Verdeutlichung die Wirkungsweise der bisherigen Anordnung näher erläutert. Nachdem der Zähler 68 durch die vorher beschriebene Anordnung auf die Voreinstellung 32 gebracht worden ist, beginnt wieder die erste der acht Zeilenabtastungen des Abtastzyklus.

Während der ersten Zeilenabtastung sei der Signal-Momentanwert des Bahnrauschens an der Zeitmarke (Abtastmarke) 34, z.B. +0,4 Volt. Dieser Wert steht während der Hold-Zeit am Ausgang des Sample and Hold-Gliedes 64 an, wird im Spannungs-Frequenzwandler 65 in eine Impulsfolge gewandelt und während der Wandelzeit T-* von z.B. 500 /us in den Vorwärtseingang 69 des Zählers 68 eingezählt. Das entspricht bei dem angegebenen Wandelverhältnis von 10 kHz/Volt

4 -4

einer Anzahl von 10 . 0,4 · 5 · 10 »2 Impulsen. Der Zähler hat damit den neuen Wert 32+2-34. Bei der folgenden, zweiten Zeilenabtastung sei der Signal-Momentanwert an der Zeitmarke 34* z.B. -1,2 Volt. Dieser Wert wird entsprechend vom Spannungs-Fre quenzwandler 66 in eine Impulsfolge umgesetzt und ebenfalls während der Wandelzeit T, - 500 /ue auf den RUckwärtseingang 70 des

Zählers 68 gegeben, so daß vom dort vorhandenen (eingespeicherten)

L -4 Wert 34 nunmehr 10 ·1,2·5^#10 ■ 6 Impulse subtrahiert (rückwärts-

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gezählt) werden und der neue Zählerwert nunmehr 34-6=28 lautet. In den folgenden sechs Abtastungen (drei bis acht) wird dieser Vorgang fortgesetzt. Danach erfolgt die beschriebene Voreinstellung des Zählers auf die Zahl 32 und ein neuer Abtastzyklus beginnt.

Da sowohl durch die Bahnbewegung wie auch zusätzlich durch die Bewegung der Zeitmarke über den Abtastbereich die Abfrage an der Zeitmarke sich auf immer andere Bereiche der Bahn erstreckt, erscheint das in Fig. 3b - a dargestellte Oberflächen-Bahnrauschen statistisch verteilt, so daß sich durch den oben beschriebenen Vorgang der digitalen Mittelwertbildung für z.B. Je acht Abtastungen (Abtastzyklus) das Oberflächenrauschen der Bahn herausmittelt, da weder am Ausgang Jl des Zählers 68 die Vorwahl 64 noch am Ausgang 72 die Vorwahl 0 erreicht wird, also am Ausgang des Oder-Gatters 73 kein Impuls erscheint.

Liegt dagegen ein Längsfehler vor, so erscheint innerhalb des statistisch verteilten Bahnrauschens während der Abtastungen ein stets gleichförmiger positiver oder negativer Impuls, der während des Durchgangs der Zeitmarke dann von dieser schrittweise (Schrittlänge x) überfahren und dabei laufend an einer anderen Stelle abgetastet wird. Die dazu benötigte Zeit beträgt bei acht Abtastungen 8·Τ » 8·1,25 ms β 10 ms. So lange muß also, bezogen auf dieses Ausführungsbeispiel, der Pehlerimpuls beim Durchlaufen der Zeitmarke an dieser (bei Ausnutzung aller acht Abtastungen) anstehen. Dies ist selbst bei schmalen Impulsen der Fall, da die Durchgangsgeschwindigkeit der Zeitmarke mit V₁= χ/Γ »0,08/1,25 mm/ms « 0,64 mm/10 ms sehr langsam dazu ist. Da es sich bei Längsfehlerimpulsen um gleichförmige Impulse handelt, beispielsweise um einen (immer) positiven Fehlerimpuls, erfolgt hier bei jeder Abtastung die Spannungs-Frequenz-Wandlung im Spannungs-Frequenz-Wandler 65 (Fig* 6), so daß nur Impulse über den Vorwärtseingang 69 des Zählers 68 eingezählt werden. Der Fehlerimpuls wird als Fehler erkannt, wenn nach acht Abtastungen ausgehend von dem voreingestellten Zählerinhalt 32 weitere 32 Impulse eingezählt worden sind und damit die Vorwahl 64 erreicht ist, so daß am Ausgang 71 des Zählers und somit am Ausgang des Oder-Gatters 73 ein Impuls

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erscheint. Dies ist der Fall, wenn der mittlere abgetastete Impulswert während der acht Abtastungen des Fehlerimpulses gerade +0,8 Volt beträgt. Denn es ergibt sich bei dem Wandelverhältnis des Spannungs-Frequenz-Wandlers 65 von 10 kHz/Volt, der Wandelzeit T, = 500 με und acht Abtastungen für die Anzahl der in den Zähler 68 eingezählten Impulse: 1Ο⁴·Ο,8·5ΟΟ·1Ο~⁶·8 = 32. Die Amplitude des Fehlerimpulses kann durchaus auch gleich oder kleiner als die Amplitudenwerte des Bahnrauschens sein, da das Rauschen wegen der Herausmittlung keinen Einfluß auf die Fehlererkennung hat.

Die Erkennung negativer Längsfehler-Impulse geschieht in analoger Weise. Hier wird gegenüber der oben beschriebenen Erkennung positiver Fehler dann der Spannungs-Frequenz-Wandler 66 wirksam, der auf den Rückwärtseingang 70 des Zählers 68 geht, indem dann von der voreingestellten Zahl 32 subtrahierend gezählt wird. Wird die Vorwahl 0 erreicht, erscheint am Ausgang 72 und damit am Ausgang des Oder-Gatters 73 ein Impuls.

Damit nur Längsfehler und keine punktförmigen Fehler erkannt werden, muß geprüft werden, ob der bei einem Durchgang der Zeitmarke gefundene Fehler im jeweils darauffolgenden Durchgang der Zeitmarke bahnbreitenbezogen innerhalb einer vorgegebenen Toleranz Aerneut detektiert wird. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Oder-Gatters 73 mit dem Eingang 50 des Flip-Flops 52 der bereits anhand der Fig. 5a und 5b beschriebenen Schaltung zur Prüfung der Zuordnung eines Längsfehlers in bezug auf die Bahnbreite verbunden. Die in dem Ausführungsbeispiel zur besseren Verdeutlichung angegebenen Zahlen sind willkürlich. Sie können durch beliebige, dem Problem angepaßte Werte ersetzt werden.

Das oben beschriebene Verfahren zum Verschieben der Zeitmarke über den Abtastbereich kann natürlich leicht auf mehrere Marken erweitert werden, die nacheinander in einem definierten konstanten Abstand über den Abtastbereich gefahren werden und an denen getrenntnach dem beschriebenen Verfahren der Mittelwert gebildet wird. Wird an einer Zeitmarke ein Fehler detektiert, so muß zur Prüfung, ob ein Längsfehler vorliegt, an der jeweils im konstanten Abstand folgenden Zeitmarke der Fehler bahnbreitenbezogen an der gleichen

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Stelle innerhalb einer vorgegebenen Toleranz wieder gefunden werden. Die Benutzung mehrerer Zeitmarken bringt zusätzlich den Vorteil, vor allem bei großen Bahnbreiten (Abtastbreiten) und hohen Bahngeschwindigkeiten, die Durchgangsgeschwindigkeit der Zeitmarken klein zu halte- um somit auch die sichere Erkennung auch schmaler und kürzerer Längsfehler zu gewährleisten.

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Claims

Patentansprüche;

/ί Λ Verfahren zur Fehlersuche und zum Erkennen und Orten von ^v— längsorientierten Fehlern auf laufenden Papier- oder Folienbahnen, insbesondere auf photographischen Materialien, bei dem die Bahn quer zu ihrer Bewegungsrichtung von einem feststehenden Abtastgerät zellenförmig optisch gescannt und in Reflexion abgetastet wird, dessen Abtastzeilenlänge größer oder gleich der zu untersuchenden Materialbahnbreite ist, bei dem von den vom Abtastgerät ausgehenden Momentanwerten, des reflektierten Abtastsignales ein Mittelwert gebildet wird und eine Fehleranzeige nur bei einer Abweichung vom Mittelwert gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Abtastzeile elektronisch mindestens eine Zeitmarke gebildet wir_#d, die ausgehend von dem einen Ende des Abtastbereiches bei jeder Abtastung um einen konstanten Schritt Tp weitefgeschoben wird, bis das andere Ende des Abtastbereiches (Abtastbereich nTp) erreicht ist und der jeweils an der Zeitmarke erscheinende Momentanwert des reflektierten Abtastsignales über einen aus mehreren Abtastungen bestehenden Abtastzyklus gemittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittweite und damit die Gesamtzahl der Schritte innerhalb des Abtastbereiches einstellbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmarke durch die L-O-Flanke eines Impulses erzeugt wird, der ausgehend von einem Zeilenstartimpuls über ein Zeitglied getriggert wird und die Impulslänge von Abtastzeile zu Abtastzeile um Tp vergrößert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Taktgeber gespeister erster Zähler mit einem zweiten Zähler verglichen wird, dessen Zählerinhalt von Abtastzeile zu Abtastzeile um ein bit erhöht wird und daß bei übereinstimmenden Zählerinhalten ein Flip-Flop gesetzt wird, das die L-O-Flanke des Impulses variabler Länge

erzeugt und gleichzeitig der erste Zähler wieder gelöscht wird.
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5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scan-Frequenz mit der Frequenz des Taktgebers synchronisiert wird.
6. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Verschieben der Zeitmarke gefundene Fehlersignal bahnbreitenbezogen (als Funktion der Bahnbreite) gespeichert wird und elektronisch geprüft wird, ob beim nächstfolgenden Durchgang der Zeitmarke innerhalb einer vorgegebenen Toleranz der Fehler an der gleichen Stelle der Bahnbreite wieder auftritt.

7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Abtastzeile mehrere in konstantem Abstand aufeinanderfolgende Zeitmarken erzeugt werden und für diese Zeitmarken getrennt der Mittelwert gebildet wird und nur dann eine Fehleranzeige erfolgt, wenn der Mittelwert von einem vorgegebenen, dem Untergrundrauschen entsprechenden Wert nacheinander an zwei aufeinanderfolgenden Zeitmarken abweicht.

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