DE2630209C3 - Elektro-optische Tastvorrichtung - Google Patents
Elektro-optische TastvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Tastvorrichtung zur Erfassung von mindestens zwei auf in ihrer
Längsrichtung bewegten Bahnen hintereinander oder
V) nebeneinander angeordneten, quer zur Laufrichtung
sich erstreckenden, länglichen Registermarken mit einem über der Bahn angebrachten Optiktastkopf, der
eine Beleuchtungseinrichtung und wenigstens zv/ei Objektive aufweist, mittels derer die beiden Marken auf
jeweils einen ihnen zugeordneten Fotoempfänger
abgebildet werden, wobei aus den Ausgangssignalen der
geschlossen wird.
in der Druckindustrie für die sog. Registerregelung verwendet, welche dazu dient, insbesondere beim
Mehrfarbendruck eine einwandfreie Ausrichtung zwischen Druckzylindern und Papierbahnen herbeizuführen.
hr> Es ist bereits eine elektrooptische Tastvorrichtung
bekannt, welche die Abtastung sowohl hintereinander als auch nebeneinander angeordneter Registermarken
gestattet, indem der zwei eingebaute Sensoren enthal-
tende Tastkopf um 90° gedreht werden kann, Bei dieser
bekannten Lösung müssen jedoch zusätzlich noch weitere Lampen mit um 90° verdrehter Wendel
verwendet werden. Dieses Erfordernis und die relativ aufwendige Drehhalterung des Tastkopfes führen zu
einer ziemlich kostspieligen Tastvorrichtung, wobei auch noch ein zusätzlicher Zeitaufwand für das
Umrüsten hingenommen werden muß. Der große Aufwand für die Drehhalterung des Tastkopf es ist
erforderlich, um den hohen Genauigkeitsanforderungen an einen derartigen Tastkopf zu genügen.
Aus Gründen der beim Vergleich der Registermarken geforderten hohen Genauigkeit, dem geringen Markenabstand, dem Einsatzort (explosionsgefährdete Bereiche) sowie der Bedienungsfreundlichkeit liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrooptische Tastvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu
schaffen, weiche mechanisch absolut fest und unverrückbar angeordnet werden kann, so daß eine
Dejustierung auch bei langer Betriebsdauer nicht befürchtet werden muß, gleichwohl aber sowohl
hintereinander als auch nebeneinander liegende Registermarken erfaßt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß drei Objektive und diesen zugeordnete Fotoempfänger an den Eckpunkten eines rechtwinkligen
Dreiecks angeordnet und entweder die beiden hintereinander oder die beiden nebeneinander liegenden
Fotoempfänger wirksam sind. Vorzugsweise ist dabei ein elektrischer Umschalter für das wahlweise Wirksammachen der 'hintereinander und nebeneinander
liegenden Fotoempfänger vorgesehen. Aufgrund dieser Ausbildung erübrigt sich ein Umrüsten der Tastvorrichtung beim Obergang von der einen Registermarkenart
zur anderen, und es ist auch keine bewegliche Lagerung des Tastkopfes erforderlich, so daß der hierfür
erforderliche Aufwand vermieden wird. Die Betätigung des Umschalters ist gegenüber der bekannten Anordnung praktisch mit keinem Zeitaufwand verbunden und
beeinträchtigt auch die Genauigkeit der räumlichen Lage der Tastvorrichtung in keiner Weise.
Zu ein und derselben Zeit sind also stets lediglich zwei
der drei Fotoempfänger aktiviert.
Da das zum Druck verwendete Papier im unbedruckten Zustand schon relativ zum Farbdruck der Registermarke starke Kontraste, z. B. durcir Holz- oder
Fasereinschlüsse aufweisen kann, ist nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen,
daß die auf jeden Fotoempfänger fallende Helligkeit in Längsrichtung der Registenviarke über ein möglichst
großes Stück integriert ist. Es wird hierdurch also die Tatsache ausgenutzt, daß die Papierstruktur keine
Vorzugsrichtung -aufweist, die Registermarken sich jedoch stets unter einem Winkel von 90° zur
Papierlaufrichtung erstrecken. Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Integration in Richtung der Längsrichtung der Registermarken mitteln sich auf diese Weise
die durch die Papierstruktur bedingten Kontraste heraus, während es, sobald eine Registermarke vom
Fotoempfänger erfaßt wird, zu einer auf Integration entsprechend der Helligkeit der Registermarke kommt.
Die Integration kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß bei der Abbildung der länglichen Marken
auf optischem Wege eine Verkürzung herbeigeführt wird. Vor dem Fotoertipfänger kann zu diesem Zweck
eine Zylinderlinse angeordnet sein. Die Verkürzung erfolgt vorzugsweise im Vj hältnis 1 :3 bis 1:4. Die
Abbildung der Breite der Registermarken erfolgt
dagegen zweckmäßig im Verhältnis 1 :1. Die Registermarken werden also lediglich in ihrer Längsrichtung,
nicht jedoch in ihrer Schmalrichtung zusammengezogen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß die optischen Achsen der
Empfangsanordnungen senkrecht auf der abgetasteten Bahn stehen und daß ein gesondertes Beleuchtungsbündel unter einem deutlich von der Senkrechten
ίο abweichenden Winkel zum Fußpunkt jeder optischen
Achse auf der Bahn gerichtet ist Der Winke! wird dabei erfindungsgemäß so groß gewählt, daß es nicht meiir zu
spiegelnden Reflexionen in die Empfangsoptik kommt, was z. B. bei Registermarken mit reflektierenden
Oberflächen vorkommen könnte. Es wäre z. B. denkbar, daß durch Reflexion von Licht an einer dunklen
Registermarke mehr Licht zum Empfänger gelangt als aufgrund der diffusen Streuung des Lichtes an einer
hellen Bahn. Aufgrund der erfindungsgemäß vorge
schlagenen Maßnahme wird jedoch gev f.hrleistet, daß
auch eine reflektierende dunkle Regiiiermarke als
dunkles Element von den Fotoempfängern erfaßt wird. Erfindungsgemäß sind Lichtsender und -empfänger also
V-förmig angeordnet, wobei jedoch der Empfänger
senkrecht über der Tastebene angeordnet ist, damit bei
Tastabstandsänderungen sich der Meßort nicht verändert.
Da es bei derartigen Tasiabstandsänderungen zu
einer Verschiebung des Überschneidungsbereiches von
Sendelichtbündel und Empfangslichtbündel kommt, ist
zwecks Zulassung gewisser Tastabstandsänderungen nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen, daß die durch jedes Beleuchtungsbündel und die zugeordnete optische Achse der
J5 Empfangsanordnung definierte Ebene parallel zur
Längsrichtung der Marken liegt Im Normalfall wird dabei der Überschneidungsbereich der beiden Bündel
zweckmäßgerweise in die Mitte jeder vorzugsweise als längliches rechteckiges Feld ausgebildeten Register
marke gelegt Bei Tastabstandsänderungen verschiebt
sich de; Überschneidungsbereich dann lediglich etwas in der einen oder anderen Richtung entlang der
Längserstreckung der Registermarken, so daß in einem bestimmten Tastabstands-Schwankungsbereich die Re
gistermarketi noch sicher erfaßt werden.
An sich wären zur Verwirklichung jeder V-Lichtschranke zwei Objektive erforderlich, und zwar eines
für den Beleuchtungsstrahlengang, das andere für den Empfangsstrahlengang. Nach einer bevorzugten Aus
führungsform der Erfindung ist jedoch mindestens ein
Objektiv für die Abbildung einer Marke auf den zugeordneten Fotoempfänger und die Beleuchtung
einer benachbarten Marke doppelt ausgenutzt. Es gelingt somit, wenigstens ein Objektiv einzusparen.
Zweckmäßig ist in der Ebene der drei Objektive ein
viertes Objektiv angeordnet, wobei zwei der Objektive
gleichzeitig im Empfangsstrahlengang des ihnen zugeordneten Photoempfängers und im Beleuchtungsstrahlengang eines benachbarten Photoempfängers
bo liegen und das vierte Objektiv ausschließlich für den
BeieuchtungSDtrahlengang des dritten Photoempfängers vorgesehen ist. Es gelingt auf diese Webe mit nur
vier Objektiven für drei V-Schranken auszukommen.
Eine besonders gute Raumausnutzung wird erzielt,
hi wenn die vier Objekive auf einem Quadrat in
cngstmöglicher Packung angeordnet sind. Die für die Beleuchtung vorgesehenen Objektive werden dabei
schräg durchstrahlt, so daß sie sich senkrecht unter dem
benachbarten Objektiv mit dem Empfangsstrahlengang überschneiden.
Für die Beleuchtung wird vorzugsweise nur eine Lampe, zweckmäßigerweise eine Halogenlampe verwendet.
Die Lampe kann im oberen Teil und im Zentrum dreier Lichtumlenkvorrichtungen angeordnet
sein, welche je ein Lichtbündel nach unten an der Empfängerebene seitlich vorbeileiten. Planspiegel richten
die Lichtbündel in jeweils eines der Objektive.
Zur spektralen Anpassung von Lampe, Farbmarken umd spektraler Empfindlichkeit der Fotoempfänger
sowie zur optimalen Ausrichtung der Fotoempfänger können zwischen Fotoempfänger und zugeordneten
Objektiv Filter eingeschaltet sein.
Zur Begrenzung des Gesichtsfeldes der Fotoempfänger ist zweckmäßig unmittelbar vor jedem Fotoempfänger
eine Blende angeordnet. Hierdurch kann die vom Fotoempfänger erfaßte Markenlänge bzw. Markenbreite
auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Die Wendel der Lampe erstreckt sich relativ zum Strahlengang vorzugsweise in der gleichen Richtung
wie die zugeordnete Marke. Mit anderen Worten wird die in Draufsicht im «vesentlichen rechteckförmige
Wendel an die Rechteckform der Registermarken angepaßt. Um eine einwandfreie Ausleuchtung der
Registerrnarken in der Tastebene zu erhalten, ist die Wende! der Lampe in das zugeordnete Objektiv und die
Kondensor-Linse auf die Bahnebene abgebildet.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
F i g. 1 eine rein schematische perspektivische Ansicht eines Optik-Tastkopfes gemäß der Erfindung,
wobei die einzelnen optischen und elektronischen Elemente nur durch Punkte oder Striche angedeutet
sind, um die Strahlengänge möglichst anschaulich wiederzugeben,
F i g. 2 einen Schnitt nach den Linien H-Il in F i g. 1, wobei der Schnitt oberhalb der Empfängerebene 29
nach den beiden nach hinten gerichteten Lichtstrahlen und unterhalb der Empfängerebene 29 gemäß der
unteren Schnittlinie Ii-Il in F i g. 1 genommen ist,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Lampenebene nach
t:_:_iii in :_ r: .
<
F i g. 4 eine schematische Ansicht nach Linie IV-IV in Fig. 1. d. h. eine Draufsicht auf die Empfänger- und die
darunterliegende Objektivebene, wobei auch ein Teil der Papierbahn dargestellt und die elektrische Umschaltmöglichkeit
für die drei Fotoempfänger angedeutet ist. und
F i g. 5 eine zu F i g. 4 analoge Ansicht, wobei jedoch statt zweier nebeneinanderliegender zwei hintereinanderliegende
Regiswrmarken auf der Papierbahn angenommen sind.
Nach Fig. 1 und 2 weist der in einem Gehäuse 36 angeordnete Optik-Tastkopf gemäß der Erfindung
übereinander eine Lampenebene 30, eine kleiner ausgebildete Empfängerebene 29 und eine ganz unten
angeordnete Objektivebene 26 auf.
Nach den F i g. 1 bis 3 ist in der Lampenebene zentral eine Lampe 27 mit senkrecht stehender Wendel
angeordnet Das von der Lampe 27 ausgehende Licht fällt auf drei rundum angeordnete Kondensoren 31.
wobei die genaue winkelmäßige Zuordnung, welche für die Erfindung wesentlich ist, aus Fig.3 im einzelnen
hervorgeht Zwei Kondensoren 31 liegen sich danach diametral gegenüber, während der dritte zum einen
Kondensor unter einerr spitzen, zum anderen uruer einem stumpfen Winkel angeordnet ist Die Abstände
der drei Kondensoren 31 von der Wendel der Lampe 27 sind gleich.
Unmittelbar im Anschluß an die und in Baueinheit mit den Kondensoren 31 sind drei Umlenkprismen 28
vorgesehen, welche das auffallende Licht um 90" nach unten ablenken (Fig. 1 und 2). Der Kondensor kann
auch in zwei Teile 31, 3Γ aufgeteilt sein, von denen ein Teil vor. der andere nach den Umlenkprismen
angeordnet ist.
In der Objektivebene 26 sind vier Objektive in quadratischer Anordnung befestigt. Alle vier Objektive
liegen dabei weiter innen als die Lichtumlenkvorrichtungen, so daß das von den Umlenkprismen 28
kommende Lichtbündel durch gemäß Fig. 2 angeordnete Planspiegel 32 derart schräg in das zugeordnete
Objektiv (11 in F i g. 2 bzw. II, 12 in Fig. I) gelenkt werden kann, daß es senkrecht unterhalb des benachbarten
Objektivs (12 in Fig. 2 bzw. 12, 11 in Fig. 1) die Ebene der abzutastenden Bahn 24 trifft. Andererseits
sind die abzutastenden Registermarken 19a, 196, 19c jeweils senkrecht unter einem der Objektive 11,12 bzw.
13 angeordnet.
Das vierte Objektiv 14 lenkt das dritte Lichtbündel in die Bahnebene 24 unterhalb des Objektivs 13. so daß die
Objektive 14, 13 lediglich der Beleuchtung bzw. dem Empfang dienen, während jedoch die daneben angeordneten
Objektive II, 12 eine Doppelfunktion haben, indem sie gleichzeitig der Beleuchtung des Abtastbereiches
des benachbarten Objektivs und dem Empfang der unter ihnen angeordneten Registermarken dienen.
Durch die drei Objektive 11, 12, 53 werden die Registermarken in der im einzelnen aus Fig. 2
ersichtlichen Weise auf die lichtempfindlichen Flächen von Fotoempfängern 15, 16, 17 abgebildet. Für die
Abbildung sind außer den Objektiven 11, 12, 13 noch Empfangskondensoren 33 und Zylinderlinsen 21, 22
vorgesehen. Die Kondensoren 33 ermöglichen eine Abbildung der Registermarken unterhalb der Sendekondensoren
31, was zu der Kompaktheit des Gerätes wesentlich beiträgt. Die gesamte Anordnung hat im
übrigen das Ziel, eine sehr wirksame optische Tastvorrichtung auf engstem Räume unterzubringen.
/.WIdUIlCtI UCII l~llllJiailgaiMHIUCII3Ut CII 21, 22 nUlUICll
noch Farbfilter 34 angeordnet sein, welche im Gegensatz zu den übrigen optischen Elementen
sämtlichen drei Empfangsstrahlengängen gemeinsam sein können. Auch vor dem dritten Fotoempfänger 17 ist
eine in der Zeichnung nicht dargestellte Zylinderlinse angeordnet, ebenso wie auch diesem Fotoempfänger ein
Empfangskondensor 33 und das Filter 34 zugeordnet ist.
Die Zylinderlinsen 21, 22 haben den Zweck, die Abbildung der Registermarke 19 derart zu verkürzen,
daß auf den Fotoempfängern beispielsweise die aus den Fig.4 und 5 ersichtlichen quadratischen Bereiche
ausgeleuchtet werden.
Unmittelbar vor den Fotoempfängern 15, 16, 17 ist noch eine Gesichtsfeldbiende 35 angeordnet die dazu
dient, nur gewünschte Bereiche der Fotoempfänger mit Licht zu beaufschlagen.
Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, ist es für die
Erfindung also wesentlich, daß die optische Achse 23 der Empfangsstrahlengänge senkrecht auf der Ebene der
Bahn 24 stehen, während die Beleuchtungsbündel 25 derart schräg aus dem benachbarten Objektiv austreten,
daß sie die optische Achse 23 möglichst genau in der Mitte der Registermarken 19 schneiden.
Aus den Fig.4 und 5 ist die erfindungsgemäße
Anordnung der Empfangsobjektive 11, 12, 13 und der
zugeordneten Fotoempfänger 15, 16, 17 an den Ecken eines rechtwinkligen Dreiecks 18 besonders gut zu
erkennen. Der Übersichtlichkeit halber ist das betreffende rechtwinklige Dreieck 18 auch in Fig. 1
angedeutet.
F i g. 4 zeigt außerdem einen Umschalter 20, welcher in der dargestellten Weise an die drei Fotoempfänger
15, 16 17 angeschlossen ist. Bei der in Fig.4
dargeste'lten Position des Umschalters 20 sind lediglich die Fotoempfänger 15, 16 wirksam, um die beiden
riebeneinanderliegenden Registermarken 19a, 196 zu erfassen. Die in F i g. 5 dargestellte Position nimmt der
Umschalter 20 an, wenn die beiden Fotoempfänger 16, 17 wirksam sein sollen, um die hintereinander
angeordneten Registermarken 19a, 19czu erfassen.
Ausführungsbeispielen mit f gekennzeichnet. Mit anderen Worten erstrecken sich die Registermarken 19
senkrecht zur Laufrichtung /"der Bahn 24.
Die Arbeitsweise der elektrooptischen Tastvorrichtung ist wie folgt.
Zunächst wird je nachdem, ob nebeneinander oder hintereinander liegende Registermarken verwendet
werden, der Umschalter 20 in die Stellung nach F i g. 5 oder nach Fig.4 gebracht. Anschließend ist die
Vorrichtung betriebsbereit, und die Papierbahn kann in einer die Richtungen des Doppelpfeiles /"in Bewegung
gesetzt werden. Die jetzt wirksamen Fotoempfänger 16, 17 bzw. 15, 16 liefein beim Hindurchgehen der
Registermarken für deren Zuordnung charakteristische Signale, die in einer geeigneten Auswerteelektronik
ausgewertet werden.
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Elektrooptische Tastvorrichtung zur Erfassung von mindestens zwei auf in ihrer Längsrichtung bewegten Bahnen, hintereinander oder nebeneinander angeordneten quer zur Laufrichtung sich erstreckenden, länglichen Registermarken mit einem über der Bahn angebrachten Optiktastkopf, der eine Beleuchtungseinrichtung und wenigstens zwei Objektive aufweist, mittels derer die beiden Marken auf jeweils einen ihnen zugeordneten Fotoempfänger abgebildet werden, wobei aus den Ausgangssignalen der Fotoempfänger auf die Zuordnung der Registermarken geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß drei Objektive (11, 12, 13) und diesen zugeordnete Fotoempfänger (15, 16, 17) an den Eckpunkten eines rechtwinkligen Dreiecks (18) angeordnet und entweder die beiden hintereinander oder die beiden nebeneinander liegenden Fotoempfänger (16, 17 bzw. 15,16) wirksam sind.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Umschalter (20) für das wahlweise Wirksammachen der hintereinander und nebeneinander liegenden Fotoempfänger (16, 17 bzw. 15,16) vorgesehen ist3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf jeden Fotoempfänger (15, 16,17) fallende Helligkeit in Längsrichtung der Registermarke (19) über ein möglichst großes Stück integriert ist.4. Vorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abbildung der länglichen Marken (19) auf optischem Wege eine Verkürzung herbeigeführt wird.5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem Fotoempfänger (15,16,17) eine Zylinderlinse (21,22) angeordnet ist.6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkürzung im Verhältnis 1 :3 bis 1 :4 erfolgt7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3—6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung der Breite der Registermarken (19) etwa im Verhältnis 1 :1 erfolgt.8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen (23) der Empfangsanordnungen senkrecht auf der abgetasteten Bahn (24) stehen und daß ein gesondertes Beleuchtungsbündel (25) unter einem deutlich von der Senkrechten abweichenden Winkel zum Fußpunkt jeder optischen Achse (23) auf der Bahn (24) gerichtet ist.9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch jedes Beleuchtungsbündel (25) und die zugeordnete optische Achse (23) der Empfangsanordnung definierte Ebene parallel zur Längsrichtung der Marken (19) liegt.10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Objektiv (11, 12) für die Abbildung einer Marke (19) auf den zugeordneten Fotoempfänger und die Beleuchtung einer benachbarten Marke (19) doppelt ausgenutzt ist.11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene der drei Objektive (11, 12, 13) ein viertes Objektiv (14) angeordnet ist, wobei zwei der Objektive (U, 12) gleichzeitig im Empfangsstrahlengang des ihnen zugeordneten Photoempfängers (15, 16) und im Beleuchtungsstrahlengang eines benachbarten Photoempfängers (16,15) liegen und das vierte Objektiv (14) ausschließlich für den Beleuchtungsstrahlengang des dritten Photoempfängers (17) vorgesehen ist12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Objektive (11, 12, 13,14) auf einem Quadrat in engstmöglicher Packung angeordnet sind.13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß für die Beleuchtung nur eine Lampe (27), vorzugsweise eineHalogenlampe verwendet wird.14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die Lampe (27) im oberen Teil und im Zentrum dieser Lichtumlenkvorrichtttngen (28) angeordnet ist welche je ein Lichtbündel nach unten an der Empfängerebene (29) vorbeileiten.15. Vorrichtung nach Anspruch J 4, dadurch gekennzeichnet daß Planspiegel (32) die Lichtbündel in jeweils eines der Objektive (11,12,14) richten.16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fotoempfänger (15, 16, 17) und zugeordnetem Objektiv (11,12,13) je ein Empfangskondensor (33) und ggfs. Filter (34) eingeschaltet sind.17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor jedem Fotoempfänger (15, 16, 17) eine Blende (35) angeordnet ist.18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13—17, dadurch gekennzeichnet daß die Wendel der Lampe (27) sich relativ zum Strahlengang in der gleichen Richtung erstreckt wie die zugeordnete Marke (19).19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13—18, dadurch gekennzeichnet, c'jG die Wendel der Lampe (27) in das zugeordnete Objektiv (11,12, 14) und die Kondensor-Linse auf die Bahnebene abgebildet ist.
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