WO1996038370A1 - Verfahren zur online-kontrolle von bahnkanten mittels zeilenkamera - Google Patents

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WO1996038370A1
WO1996038370A1 PCT/EP1996/002302 EP9602302W WO9638370A1 WO 1996038370 A1 WO1996038370 A1 WO 1996038370A1 EP 9602302 W EP9602302 W EP 9602302W WO 9638370 A1 WO9638370 A1 WO 9638370A1
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WO
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line
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light
web
dark
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PCT/EP1996/002302
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Inhelder
Original Assignee
Fms Force Measuring Systems Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Fms Force Measuring Systems Ag filed Critical Fms Force Measuring Systems Ag
Priority to AU60029/96A priority Critical patent/AU6002996A/en
Publication of WO1996038370A1 publication Critical patent/WO1996038370A1/de

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/02Registering, tensioning, smoothing or guiding webs transversely
    • B65H23/0204Sensing transverse register of web
    • B65H23/0216Sensing transverse register of web with an element utilising photoelectric effect

Definitions

  • the invention relates to a method for online control of web edges by means of a line camera for the detection and alignment of the lateral position of web edges and / or marking lines when processing or processing running material webs of different types, such as textiles, paper, plastic and metal foils, sorzeile form in which CCD-elements, a 'Sen ⁇ from which by means of an optical system of the Re ⁇ flexion of the course which is to be controlled web edge, to which a light source is directed imaged, and 0 which analog voltage signals for deviations trigger a correction signal from a setpoint value, by means of which an actuating signal for correcting the position of the material web is initiated.
  • a line camera for the detection and alignment of the lateral position of web edges and / or marking lines when processing or processing running material webs of different types, such as textiles, paper, plastic and metal foils, sorzeile form in which CCD-elements, a 'Sen ⁇ from which by means of an optical system of the Re ⁇ flexion of the course which
  • Geometric sizes such as bandwidth, strip edge position and 0 web thickness as well as quality features such as scratches, stains,
  • CCD elements are used as sensors, which in principle consist of a large number of light-sensitive elements arranged next to one another in a line, referred to as pixels (picture elements), such as "B S Bleche Rohre", 8/93, P. 35, column 2.
  • the relevant geo etry variables and quality features are mapped onto the sensor line with the aid of an optical system, the light entities received from the individual pixels being converted into electrical charges and, as an analog video signal, an analog / digital converter for digital processing for digital processing ⁇ be fed.
  • the digitized image data can be evaluated by a computer and, based on this, manipulated variables can be generated and fed back into the production process, where the specifically regulating or correcting tasks are carried out, as can be seen from "strips, sheets, tubes", 8 / 93, p. 36, column 1 u. 2 results.
  • Such measurement and inspection tasks for line cameras include, on the one hand, the assessment of the position of the object edges (width and position measurement), and, on the other hand, the detection of disturbances in the homogeneous brightness curve
  • Such an advanced CCD sensor can also only detect and emit a certain number of signals per unit of time.
  • an increasing number of pixels that can be generated on an image sensor is countered by a limited readout speed of 30 to 40 MHz. Therefore, with increasing number of pixels, the frame rate, which is available for evaluation per second, decreases, which is evident from "Technical Review" 44/90, p. 45, column 3, below.
  • Paths with different color densities or different material densities with different light absorption can be misinterpreted as differentiated coverage of the pixels and consequently as path deviation.
  • EP 0 555 853 makes it possible, for example, to readjust the light-sensitive sensor before starting up the system and whenever the processed material is changed, taking into account any contamination on the sensor. However, this adjustment is only possible before the first start-up, and is necessary again when the material is changed and before each start of work. Readjustment with continuously running web control is not possible with this known method because the sensor has to be reset, which is only possible when production stops.
  • This object is achieved in a method for online control of web edges by means of a line camera for capturing and aligning the lateral position of web edges and / or marking lines during the processing or processing of running material webs of different types such as textiles, paper, plastic or Metal foils, in which CCD elements form a sensor line, on which the reflection of the course of the web edge to be checked, to which a light source is directed, is imaged by means of optics and whose analog voltage signals trigger a correction signal in the event of deviations from a setpoint value which an actuating signal for correcting the position of the material web is initiated, in that
  • the analog voltage signal of the CCD line is fed to a first input of at least one comparator, at the second input of which an adjustable analog voltage threshold value is applied,
  • the invention also includes an important further development of this procedure, which consists in the fact that
  • the analog voltage signal of the CCD line is fed to the first input of three comparators arranged in parallel, at the second input of which different and independently adjustable analog voltage threshold values are applied,
  • the power of the light source is corrected by the controller via a control line.
  • This very progressive process design enables a previously unknown early detection of environmental influences changing during the running work process, and it causes a delay-free and automatic triggering of the signal changes required for correction. If there is no signal jump at the output of only one of the comparators on both sides and in particular if the middle comparator responds simultaneously, the power of the light source can also be corrected by the controller via a control line.
  • the illuminance is thus continuously optimized on the basis of the measured values of the CCD line, this optimization being carried out both when starting up and when the system is in continuous operation.
  • this procedure enables on the one hand a permanent adaptability of the system to different brightness values of the railway materials as well as changing environmental influences, such as temperature changes, incidence of ambient light, fine dust in the ambient air or sensor contamination .
  • environmental influences such as temperature changes, incidence of ambient light, fine dust in the ambient air or sensor contamination .
  • the process enables the CCD line to be optimized at any time by continuously adjusting the light source without interrupting the web travel, so that the system is largely immune to interference and reliability.
  • the invention further includes a further improvement in the reliability of web running operation with the highest level of interference immunity even at extraordinarily high web running speeds in that the correction signals of the three comparators are supplied on the one hand to a data memory and on the other hand respectively assigned comparison gates with the respective direct preceding output signal n-1 stored in short-term memories are compared and sent to a logic module which only issues a memory command to the data memory when the signal jump occurs.
  • This peculiarity enables advantageous data compression, by means of which a high dynamic of signal processing can be achieved with little hardware outlay, and which furthermore enables a real-time transfer rate on the interface between CCD line pre-evaluation and control electronics.
  • An additional, progressive embodiment of the method according to the invention can also be seen in the fact that at least two light / dark or dark / light transitions are interrogated in order to detect a marking line or an image edge applied to the material web and by means of a preliminary evaluation with the immediately preceding output signals either in the controller or in the downstream control electronics are compared and it is determined whether the line formation is valid or incorrect information due to printed marks or fonts.
  • This procedure also has the great advantage that the control on a line can be carried out much more robustly, since neither the detection area of the sensor has to be selected unnecessarily narrow nor special regulations about a required minimum distance of print marks from the line are required.
  • Fig. 1 is a block diagram of a first embodiment
  • FIG. 3a shows a schematic diagram with the analog voltage values of the measuring points in the procedure according to FIGS. 2 and
  • a light source 10 is directed to a limited area on both sides of the edge 12 of a material web 11 to be checked. Light rays reflected from this area are projected through optics 13 onto a CCD line (charged coupled device) 14, the output of which is connected to a first input of a comparator Kl, which is connected at its second input by the microcontroller 15 via an 8- bit DA converter 16 receives an analog threshold value.
  • CCD line charged coupled device
  • the light rays are reflected by the partial area lying on the material web 11; From the partial area lying in the beam path of the light source 10 but next to the material web 11, no or only a few light beams (for example external light) are projected onto the CCD line 14.
  • the output of the comparator Kl is connected to the micro-controller 15, and this communicates via a serial bidirectional interface 17 and the connection 18 with control electronics (not shown in the drawing), through which, if necessary, an actuating signal for aligning the material web 11 is generated.
  • the CCD line 14 consists of a large number (for example 2048) of pixels arranged in a row transversely to the running direction of the material web 11, which form measuring points at which analog signals in the form of charge packets are generated by the incident light, and which are temporary get saved.
  • charge packets are by the clock generator 19 supplied via the shift clock line 20 shift clock of z. B. 2 MHz cyclically shifted in the manner of a shift register in the CCD line 14 until they successively leave them at their output as analog output voltage signals and are fed to the first input of the comparator K1. There they are compared with the threshold value set via the D / A converter 16.
  • the CCD line 14 thus scans the passing material web 11 line by line in its edge region and continuously delivers analog voltage signals in the shift cycle, i.e. with a shift clock of 2 MHz and 2048 measuring points or pixels on the CCD line 14, a line set of new values is available after every millisecond; the scanning is therefore carried out with a correspondingly high resolution.
  • the output signals of the CCD line 14 are digitized;
  • the further evaluation is also carried out digitally, including the interface 17 to the central evaluation device. This results in a data compression from 8 bits to 1 bit already at the comparator K 1. All recorded information will be evaluated centrally and, as will be explained further below, the sensor can be parameterized by the evaluation device for the respective application.
  • the output signals received on the CCD line 14 will be below the threshold value set on the comparator K 1 and a digital O signal will be present at the output of the comparator K 1; for the measuring points in the coverage area at which the CCD line 14 receives light rays reflected from the material web 11, the output signals obtained will reach or exceed this threshold value, and a digital 1 signal will be present at the output of the comparator K 1 and the micro- Controller 15 fed.
  • a clock counter not shown in Fig. 1, it can be determined and recorded at which clock, i.e. At which measuring point of the CCD line 14 the transition took place, which then also determines the current position of the web edge 12. If this position value deviates from the predetermined target value, a controller (not shown in the drawing) triggers an actuating signal for correcting the lateral position of the material web 11.
  • the light rays do not strike the CCD line 14 in parallel, but rather the reflected light rays, which are imaged on the CCD line 14 by the optics 13. Therefore, the transition corresponding to the web edge 12 does not take place in a single, precise charge jump from one measuring point of the CCD line to the next or from one shifting cycle to the next, but as a result of a certain light scattering, the amount of charge changes in several steps over several measuring points. It is therefore advantageous to choose a focal length of the optics 13 at which the web edge 12 in its target position corresponding to the threshold value is mapped exactly to a specific measuring point on the CCD line 14 in order to obtain an exact signal jump at the comparator K1.
  • the controller 15 changes the threshold value or the light intensity of the light source until an edge or also a marking line is found upon excitation via the interface 17. If this does not succeed, an error signal is sent via the interface 17. In the same way, for example, a shift in the voltage level of the individual CCD elements due to a temperature drift is automatically compensated for.
  • halogen lamps have proven to be well suited as light source 10 because they emit relatively good efficiency and emit white light, on the frequency range of which a CCD reacts very sensitively, and because of their sluggish reaction mode, they emit a constant one even in clocked operation Light off.
  • the power of the light source 10 is " controllable " by the controller 15 via a control line 21; if, for example, the incidence of light becomes weaker due to contamination of the optics 13, this causes a shift in the voltage level of the CCD elements; the digitally queried position of the The transition remains, however, and the level shift can be compensated for by a controlled increase in the power of the light source 10, so that the threshold value of the comparator K1 is again exactly at the
  • Fig. 1 The procedure described here according to Fig. 1 makes it possible to detect the web edge or a e.g. imprinted marking line for the web edge position control and the correction of target deviations can be carried out with great reliability and interference immunity.
  • the web edge control can fail briefly until the threshold value tracked by the controller 15, ie is newly set.
  • the power of the light source 10 can be controlled by the controller 15 via control electronics or the interface 17 by means of the control line 21: as in FIG. 1, it is directed towards the material edge to be checked. Their reflection acts on the CCD line 14 via optics (not shown) (the material web is also not shown in FIG. 2).
  • the CCD line 14 is driven by the clock generator 19 with the shift clock of preferably 2 MHz.
  • the CCD line 14 is connected to a sampling and holding device 22 which temporarily stores the analog voltage signals originating from the measuring points of the CCD line 14 and to the first input of three comparators K1, K2, which are located in parallel. K3 that over receive the D / A converter 16 at their second other input independently of each other, different threshold values continuously monitored by the controller 15.
  • the threshold value 1 which represents the target value of the lateral web edge position.
  • the threshold values 2 and 3 of the other two comparators K2 and K3 lie around a safety and display distance below or above, as can be seen from Fig. 3a.
  • the three comparators provide at their outputs a digital 0 to 1 signal for each measuring point or each pixel of the CCD line 14, depending on whether the voltage signal currently being supplied exceeds or falls below the threshold value in question.
  • the voltage signal supplied by the CCD cell 14 makes an intensity jump at the comparator inputs, which causes the comparator outputs to jump from 0 to 1 signal in quick succession; the corresponding happens with a dark / light transition in the opposite direction, i.e. at the comparator outputs, the signal jumps from 1- to 0-.
  • FIG. 3a This is shown schematically in FIG. 3a.
  • the measuring points or pixels of the CCD line 14 are plotted on the horizontal and the analog voltage values of the individual measuring points can be seen on the vertical, while the threshold values of the comparators K1, K2, K3 are indicated by 1, 2 and 3 .
  • the area a on the horizontal corresponds to the partial area of the measuring line outside the material web, the area b marks the transition at the web edge in which the comparator thresholds are successively reached, the area c corresponds to the area of coverage of the material web and the CCD Line 14.
  • 3b is that at the outputs of the comparators Kl, K2, K3 are shown when the threshold values in the transition range are reached.
  • the outputs of the comparators K1, K2, K3 are connected to a memory 23 in which the light / dark or dark / light transitions together with the position on the CCD line determined by a clock counter 24 with the aid of the shift clock 14 can be saved. It communicates with the controller 15 and this via the serial bidirectional interface 17 and the connection 18 with central control electronics.
  • the central control electronics In normal operation, only the light / dark transition at the web edge, which corresponds to the average threshold value 1 of the comparator Kl, is detected and its position is transmitted to the central control electronics, which in turn determines whether the position of the web edge corresponds to the target value ⁇ speaks and generates a control signal in the event of a deviation.
  • the two additional comparators which can be set to the upper and lower threshold values, provide the control electronics with a preview of the impending web edge transition from one direction or the other. In this way it can be avoided that due to changing reflection conditions, e.g. due to material changes, incident external light, dirt or other influences due to the resulting shift in the voltage level at the measuring points of the CCD line 14, the light / dark transition necessary for the detection of the web edge suddenly fails and accordingly the regulation is temporarily suspended.
  • one of the two outer threshold values 2 and 3 is no longer reached first, and the comparator K2 or K3 in question therefore no longer indicates a transition.
  • the control is maintained by the comparator K 1 with the average threshold value 1, and there is sufficient time to ben transition signal one of the two outer gates Kompara ⁇ K2 or K3, the threshold values by the central 'Re ⁇ gelelektronik the changed conditions readjusted accordingly.
  • the web edge control is not interrupted, but can be continued continuously.
  • the power of the light source can also be changed according to changed conditions, e.g. in the event of contamination on the optical system, be controlled before the web edge control fails.
  • changed conditions e.g. in the event of contamination on the optical system
  • the CCD line 14 continuously delivers analog signals with the frequency of the shift clock (in the example 2 MHz), which all trigger a digital 0 or 1 signal at each comparator output K 1, K 2, K 3 .
  • the information signals are pre-evaluated in the sensor. For this purpose, each digital signal coming from the comparators K1, K2, K3 is compared with the immediately preceding one.
  • Each output signal n coming from one of the comparators K1, K2, K3 is fed to one input of a comparison gate 25, at the other input of which the immediately preceding output signal n-1 of the same comparator K1, K2, K3 is present, which is stored in a short-term memory 26 was saved for the duration of the following shift cycle.
  • the senor according to the invention also allows the lateral position of a material web 11 to be controlled after an applied marking, e.g. a printed marking line or a picture edge.
  • an applied marking e.g. a printed marking line or a picture edge.
  • three transitions are recorded on comparators K1, K2, K3; this is shown schematically in FIGS. 3a and 3b.
  • the sensor detects two further transitions on the marking line in each scanning line, one from light to dark and one from dark to light, because in the Be ⁇ rich of the marking line, the incident light is reflected significantly less than from the rest of the surface of the material web 11.
  • a new line set of voltage signals may be available at the output of the CCD line per millisecond.
  • the control according to a marking line can preferably be parameterized in the control electronics or selected (at the push of a button).
  • the sensor according to the invention can be used universally; as explained, it can be adjusted to very different materials with very different reflection properties.
  • the use of two sensors on both sides of the material web 11 allows the position of the center of the web to be regulated.
  • the sensors can advantageously be connected to the control electronics via plug contacts, and this can be switched to right or left web edge control or web center control by pressing a button.

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Controlling Sheets Or Webs (AREA)

Abstract

Verfahren zur Online-Kontrolle von Bahnkanten mittels Zeilenkamera zum Erfassen und Ausrichten der seitlichen Lage von Bahnkanten und/oder Markierungslinien bei der Ver- oder Bearbeitung von laufenden Materialbahnen, bei dem CCD-Elemente, als Pixel bezeichnet, eine Sensorzeile bilden, auf welcher mittels einer Optik die Reflexion des Verlaufs der zu kontrollierenden Bahnkante, auf welche eine Lichtquelle gerichtet ist, abgebildet wird, und deren analoge Spannungssignale bei Abweichungen von einem eingestellten Sollwert ein Korrektursignal auslösen, durch welches ein Stellsignal zur Lagekorrektur der Materialbahn eingeleitet wird, bei dem das analoge Spannungssignal der CCD-Zeile einem ersten Eingang wenigstens eines Komparators zugeführt wird, an dessen zweitem Eingang ein einstellbarer analoger Spannungs-Schwellenwert angelegt ist, und am Ausgang des Komparators je nach Über- oder Unterschreiten des Schwellenwertes ein digitales 0- oder 1-Signal ansteht und einem Controller zugeführt und durch den mit Hilfe eines Taktzählers die Position des Hell/Dunkel- oder Dunkel/Hellübergangs an der Bahnkante und einer nachgeschalteteten Regelelektronik als Ist-Wert zugeführt, und bei dem ferner bei Ausbleiben eines Signalsprungs über eine ganze CCD-Zeile durch ein Korrektursignal des Controllers der Schwellenwert am zweiten Eingang des Komparators verschoben oder die Leistung der Lichtquelle verändert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Online-Kontrolle von Bahnkanten mittels Zeilen¬ kamera
DJe Erfindung betrifft ein Verfahren zur Online-Kontrolle von Bahnkanten mittels Zeilenkamera zur Erfassung und Aus¬ richtung der seitlichen Lage von Bahnkanten und/oder Markie¬ rungslinien bei der Ver- oder Bearbeitung von laufenden Ma- 5 terialbahnen unterschiedlicher Art, wie Textilien, Papier, Kunststoff und Metallfolien, bei dem CCD-Elemente, eine 'Sen¬ sorzeile bilden, aus welcher mittels einer Optik die Re¬ flexion des Verlaufs der zu kontrollierenden Bahnkante, auf welche eine Lichtquelle gerichtet ist, abgebildet wird, und 0 deren analoge Spannungssignale bei Abweichungen von einem eingestellten Sollwert ein Korrektursignal auslösen, durch welches ein Stellsignal zur Lagekorrektur der Materialbahn eingeleitet wird.
5 Bei der Produktion und Bearbeitung von Bandmaterialien sind eine Vielzahl von Messgrössen am durchlaufenden Gut während des Produktionsprozesses oder in der begleitenden Ferti¬ gungstechnik zu ermitteln und zu bewerten. Dabei sollen geometrische Grossen wie Bandbreite, Bandkantenlage und 0 Bahnstärke sowie Qualitätsmerkmale wie Kratzer, Flecken,
Löcher, Verunreinigungen, Druck- und Gewebefehler und Rand¬ einrisse erfasst und beurteilt werden. Zunehmende Produk¬ tionsgeschwindigkeiten und das Erfordernis Bandstillstände. Bandausfälle bzw. Materialfehler oder -schaden aus Kosten- 5 gründen schon in der Anlaufphase der Anlagen zu minimieren setzen voraus, dass eine kontinuierliche, schnelle und exakte Kontrolle einer Kombination von Mess- und Prüfauf¬ gaben, gewährleistet wird.
0 Zeilenkameras zum berührungslosen Erfassen, Kontrollieren
ORIGINAL UNTERLAGEN und Korrigieren von jeweils relevanten geometrischen Gros¬ sen und Qualitätsmerkmalen an durchlaufenden Bändern sind in der industriellen Messtechnik bekannt. Als Sensoren wer¬ den dabei CCD-Elemente verwendet, die prinzipiell aus einer Vielzahl in einer Linie nebeneinander angeordneter licht¬ empfindlicher, als Pixel (picture ele ent) bezeichneter Ele¬ mente bestehen, wie aus "Bänder Bleche Rohre", 8/93, S. 35, Spalte 2 hervorgeht. Auf die Sensorzeile werden die rele¬ vanten Geo etriegrössen und Qualitätsmerkmale mit Hilfe einer Optik abgebildet, wobei die von den einzelnen Pixel empfangenen Lichtinsentitäten in elektrische Ladungen um¬ gewandelt und als analoges Videosignal einem Analog-Digi- • tal- andler zur rechnergerechten Aufbereitung also Digitali¬ sierung zugeführt werden. Die digitalisierten Bilddaten (Geometriedaten oder Qualitätsmerkmale) können von einem Rechner ausgewertet werden und auf deren Grundlage Stell- grössen erzeugt und in den Produktionsablauf zurückgeführt werden, wo die gezielt regulierende oder korrigierende Auf¬ gaben ausführen, wie sich aus "Bänder Bleche Rohre", 8/93, S. 36, Spalte 1 u. 2 ergibt.
Zu derartigen Mess- und Inspektionsaufgaben für Zeilenkame¬ ras gehören zum einen die Beurteilung der Lage der Objekt¬ kanten (Breiten- und Positionsmessung), und zum anderen das Erkennen von Störungen im homogenen Helligkeitsverlauf
(Oberflächenbeschädigung, Lochsuche, Verschmutzungen). Zur Lösung dieser Aufgabe sind innerhalb des vom CCD-Element ge¬ lieferten Videosignals, Hell-Dunkel-Wechsel festzzustellen und zu bewerten die entweder als Objektkanten oder als Fehl- stellen zu interpretieren sind. Die zu Lösung der genannten Aufgabe im Stand der Technik bereitstehenden technischen Konzepte sind mit einem hohem technischen Aufwand verbun¬ den, wie dies in "Bänder Bleche Rohre", 8/93, S. 36, Spalte 3 Abs. 1 dargestellt und beschrieben ist.
Um diese Prozesse technisch vereinfachter und kostengün¬ stig zu gestalten, werden sogenannte intelligente Zeilen- kameras eingesetzt. Im Gegensatz zu den bekannten konventio¬ nellen Zeilenkameras sind diese in einem Gehäuse mit einer kompletten Signalverarbeitungskette konventioneller Bildver¬ arbeitungssysteme versehen, um alle Entscheidungen und Be- rechnungen unmittelbar auszuführen. Das eingangs geschilder¬ te System zur Erfassung, Auswertung und Korrektur von Bild¬ daten bleibt jedoch prinzipiell bestehen. Diese erheblich verbesserte optische Sensorik mit eingebauter Messtechnik weist physikalische und technologische Leistungsgrenzen auf, wie "Bänder Bleche Rohre", 8/93, S. 36, Spalte 3, Abs. 2 entnommen werden kann.
Auch ein derartiger, fortgeschrittener CCD-Sensor kann nur eine bestimmte Anzahl von Signalen pro Zeiteinheit erfassen und abgeben. Dabei steht einer steigenden Anzahl von Pixel, die auf einem Bildsensor generiert werden können, eine be¬ grenzte Auslesegeschwindigkeit von 30 bis 40 MHz gegenüber. Daher sinkt bei steigender Pixelzahl die Bildrate, die pro Sekunde zur Auswertung zur Verfügung steht, was aus "Tech- nische Rundschau" 44/90, S. 45, Spalte 3, unten hervorgeht.
Weiterhin lassen sich bei der Prozessdurchführung mit Auf¬ licht absolut homogene Helligkeitsverteilungen auf der Bandoberfläche nur schwierig erzeugen, weil Verschmutzungen auf der Lichtquelle, einfallendes Fremdlicht, bedruckte
Bahnen mit unterschiedlichen Farbdichten oder unterschied¬ liche Materialdichten mit unterschiedlicher Lichtabsorption als differenzierte Uberdeckung der Pixel und demzufolge als Bahnabweichung fehlinterpretiert werden können.
Als Folge der beschriebenen physikalischen und technolo¬ gischen Grenzen der bekannten technischen Lösungen treten nicht weiter optimierbare immer noch zu hohe Fehler- und Ausfallquoten bei der Ver- und Bearbeitung laufender Mate- rialbahnen auf, wie dies in "Technische Rundschau" 44/90, S.45. Spalte 1 unten näher ausgeführt ist. Vor Inbetriebnahme einer Anlage müssen bei der konventionel¬ len Verfahrensweise die Mess- und Kontrolleinrichtungen auf die jeweiligen Erfordernisse für den grössten Helligkeits¬ wert und den grössten Dunkelwert nd daraus resultierend einen Mittelwert eingestellt und gespeichert werden. Beim Start eines jeden neuen Arbeitsprozesses ist diese Einstel¬ lung erforderlich und sehr zeitaufwendig. Häufig wird auch eine NachJustierung während des Betriebes notwendig, bei¬ spielsweise wenn eine Fremdlichtquelle auftritt oder sich die Helligkeitswerte - wenn auch nur geringfügig - ändern. Eine solche NachJustierung bedingt einen zeitweiligen Still¬ stand der Anlage und hat Ausschussware und einen Produk¬ tionsausfall zur Folge.
Das in der EP 0 555 853 beschriebene Verfahren ermöglicht es beispielsweise, den lichtempfindlichen Sensor vor Inbe¬ triebnahme der Anlage und bei jeder Änderung des verarbeite¬ ten Materials unter Berücksichtigung etwaiger Verschmut¬ zungen am Sensor neu zu justieren. Diese Justierung ist je- doch nur vor einer ersten Inbetriebnahme möglich, und bei einer Änderung des Materials und vor jedem Arbeitsbeginn er¬ neut erforderlich. Eine NachJustierung bei kontinuierlich laufender Bahnregelung ist bei diesem bekannten Verfahren nicht möglich, weil der Sensor neu eingestellt werden muss, was nur bei einem Stopp der Produktion möglich ist.
Bei den in der DE 35 11 474 AI und bei der EP 0 567 762 be¬ schriebenen Verfahren werden zur Lösung dieses Problems ge¬ trennte nach dem Reflexionsprinzip und nach dem Lichtschran- kenprinzip funktionierende Sensoren, oder aber eine Viel¬ zahl von paarweise genau gegenüberliegender Sensoren vorge¬ sehen, die paarweise angesteuert und abgefragt werden, wo¬ durch verfälschende Einflüsse eliminiert werden sollen. Diese bekannten Verfahrensweisen erfordern einen erheb- liehen technischen Aufwand, ohne produktionstechnisch be¬ friedigende Lösungen zu bieten. Es ist daher Aufgabe der Erfindung mit geringem technischen Aufwand ein kostengünstiges Verfahren zur Kontrolle von Bahnkanten und/oder Markierungslinien bei der Ver- oder Be¬ arbeitung von laufenden Materialbahnen unterschiedlicher Art und Qualität mit stark abweichenden Helligkeitswerten zu schaffen, bei dem ohne Unterbrechung des Arbeitsprozes¬ ses eine selbsttätige kontinuierliche Kontrolle der Einstel¬ lung und eine fortlaufende, optimierende NachJustierung er¬ folgt, und welches für verschiedenartige Mess- und Kontroll- aufgaben bei hohen Messgeschwindigkeiten unter Vermeidung von Fehlinterpretationen bei der Erkennung einsetzbar ist, und welches ferner eine selbsttätige fortlaufende Fehlerkor¬ rektur sowie ein Ausblenden von Störursachen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Online-Kontrolle von Bahnkanten mittels Zeilenkamera zum Erfassen und Aus¬ richten der seitlichen Lage von Bahnkanten und/oder Mar¬ kierungslinien bei der Ver- oder Bearbeitung von laufenden Materialbahnen unterschiedlicher Art wie Textilien, Papier, Kunststoff- oder Metallfolien, bei dem CCD-Elemente eine Sensorzeile bilden, auf welcher mittels einer Optik die Reflexion des Verlaufs der zu kontrollierenden Bahnkante, auf welche eine Lichtquelle gerichtet ist, abgebildet wird, und deren analoge Spannungssignale bei Abweichungen von einem eingestellten Sollwert ein Korrektursignal auslösen, durch welches ein Stellsignal zur Lagekorrektur der Mate¬ rialbahn eingeleitet wird, dadurch gelöst, dass
a) das analoge Spannungssignal der CCD-Zeile einem ersten Eingang wenigstens eines Komparators zugeführt wird, an dessen zweitem Eingang ein einstellbarer analoger Span¬ nungs-Schwellenwert angelegt ist,
b) am Ausgang des Komparators je nach Über- oder Unter- schreiten des Schwellenwertes ein digitales 0- oder 1-
Signal ansteht und einem Controller zugeführt wird. c) durch den mit Hilfe eines Taktzählers die Position des Hell/Dunkel- oder Dunkel/Hellübergangs an der Bahnkante und einer nachgeschalteteten Regelelektronik als Ist- Wert zugeführt wird,
d) bei Ausbleiben eines Signalsprungs über eine ganze CCD- Zeile durch ein Korrektursignal des Controllers der Schwellenwert am zweiten Eingang des Komparators ver¬ schoben oder die Leistung der Lichtquelle verändert wird.
Durch diese neuartige Ausgestaltung und Weiterbildung des an sich bekannten On-line-Kontrollverfahrens für die Bahn¬ kantensteuerung wird erreicht, dass der bei Arbeitsbeginn zuerst angelegte analoge Spannungs-Schwellenwert durch dauernden Vergleich mit den kontinuierlich erfassten Hell/ Dunkel- oder Dunkel/Hell-übergänge beim Ausbleiben eines Signalsprunges korrigierend verschoben oder dass die Lei¬ stung der Lichtquelle verändert wird. Durch diese Kor- rektur-Automatik wird ein zur sicheren Signalauswertung aus¬ reichend starker und richtig prozess-positionierter Kon¬ trast gewährleistet, durch den eine kontinuierliche Einhal¬ tung der eingestellten Sollwerte der Bahnregelung erreicht wird.
Die Erfindung umfasst ferner eine bedeutsame Weiterbildung dieser Verfahrensweise, welche darin besteht, dass
a) das analoge Spannungssignal der CCD-Zeile dem jeweils ersten Eingang von drei parallel angeordneten Kompara- toren zugeführt wird, an deren zweitem Eingang unter¬ schiedliche und voneinander unabhängig einstellbare analoge Spannungs-Schwellenwerte anliegen,
b) wobei der mittlere Spannungs-Schwellenwert den Hell/ Dunkel oder Dunkel/Hellübergang an der Bahnkante dar¬ stellt, und die beidseitigen äusseren Spannungs-Schwel- lenwerte dazu in einem Voranzeige-Abstand darüber bzw. darunter liegen,
c) und bei Ausbleiben des die Bahnkante darstellenden Hell/Dunkel oder" Dunkel/Hellübergangs an einem oder bei¬ den äusseren Spannungs-Schwellenwerte die Leistung der Lichtquelle vom Controller über eine Steuerleitung kor¬ rigiert.
Diese sehr fortschrittliche Verfahrensgestaltung ermöglicht eine bisher nicht bekannte Früherkennung von sich während des laufenden Arbeitsprozesses ändernden Umgebungseinflüs¬ sen, und sie bewirkt eine verzögerungsfreie und selbst¬ tätige Auslösung der zur Korrektur erforderlichen Signalän- derungen. Bei ausbleibendem Signalsprung am Ausgang nur eines der beidseitigen des Ko paratoren und insbesondere beim gleichzeitigen Ansprechen des mittleren Komparators ist darüber hinaus die Leistung der Lichtquelle vom Con¬ troller über eine Steuerleitung korrigierbar.
So wird die Beleuchtungsstärke auf Grund der gemessenen Werte der CCD-Zeile dauernd optimiert, wobei diese Optimie¬ rung sowohl beim Aufstarten wie auch beim fortlaufenden Be¬ trieb der Anlage durchgeführt wird. Mit dieser Steuerung der Beleuchtungsstärke ermöglicht diese Verfahrensweise einerseits eine dauernde Anpassungsfähigkeit des Systems an jeweils verschiedene Helligkeitswerte der Bahnmamateria- lien wie auch an sich ändernde Umgebungseinflüsse, wie bei¬ spielsweise Temperaturänderungen, Einfall von Umgebungs- licht, feine Stäube in der Umgebungsluft oder Sensorver¬ schmutzung. Trotz solcher Einflüsse gestattet das Verfahren durch die dauernde Anpassungsregulierung der Lichtquelle ohne Unterbrechung des Bahnlaufes zu jeder Zeit eine opti¬ mierte Aussteuerung der CCD-Zeile, so dass eine weitest- gehende Störsicherheit und Zuverlässigkeit des Anlagenbe¬ triebs gewährleistet ist. Die Erfindung umfasst ferner noch eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit des Bahnlaufbetriebs bei höchster Stör¬ sicherheit auch bei ausserordentlich hohen Bahnlaufgeschwin- digkeiten dadurch, dass die Korrektursignale der drei Kompa- ratoren einerseits an einen Datenspeicher und andererseits jeweils zugeordneten Vergleichsgattern zugeführt mit dem je¬ weils unmittelbar vorausgehenden, in Kurzzeitspeichern ge¬ speicherten Ausgangssignal n-1 verglichen und an einen Logigbaustein geleitet werden, der nur bei einem auftreten- den Signalsprung einen Speicherbefehl an den Datenspeicher abgibt. Diese Besonderheit ermöglicht eine vorteilhafte Da¬ tenkompression, durch welche eine hohe Dynamik der Signal¬ verarbeitung bei kleinem Hardware-Aufwand erreichbar ist, und die weiterhin eine echtzeitfähige Ubertragungsrate auf der Schnittstelle zwischen CCD-Zeilen-Vorauswertung und Regelelektronik ermöglicht.
Eine zusätzliche fortschrittliche Ausgestaltung des erfin- dungsgemässen Verfahrens ist noch darin zu sehen, dass zur Erfassung einer auf der Materialbahn aufgebrachten Markie¬ rungslinie oder einer Bildkante wenigstens zwei Hell/Dunkel bzw. Dunkel/Hell-übergänge abgefragt und durch eine Voraus¬ wertung mit den unmittelbar vorausgehenden, Ausgangssig¬ nalen entweder im Controller oder in der nachgeschalteten Regelelektronik verglichen und bestimmt wird, ob es sich um eine gültige Linienformation oder um eine Fehlinformation aufgrund von Druckmarken oder Schriften handelt.
Diese Verfahrensweise hat ausserdem den grossen Vorteil, dass die Regelung auf eine Linie viel robuster erfolgen kann, da weder der Erfassungsbereich des Sensors unnötig schmal gewählt werden muss noch spezielle Vorschriften über einen erforderlichen Minimalabstand von Druckmarken zur Linie erforderlich sind.
Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der erfindungsge- mässen Verfahrensweisen zur On-line-Kontrolle des Bahnkan- tenverlaufs an einer Bandanlage ist in der Zeichnung schema¬ tisch dargestellt und im folgenden beschrieben und näher er¬ läutert.
Es zeigens
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform und
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer verbesserten und bevor¬ zugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3a ein sche atisches Diagramm mit den analogen Span¬ nungswerten der Messpunkte bei der Verfahrensweise gemäss Fig. 2 und
Fig. 3b den jeweiligen Signalsprung an den Ausgängen der drei Komparatoren.
Gemäss Fig. 1 ist eine Lichtquelle 10 auf einen begrenzten Bereich beidseits der Kante 12 einer zu kontrollierenden Ma¬ terialbahn 11 gerichtet. Aus diesem Bereich reflektierte Lichtstrahlen werden durch eine Optik 13 auf eine CCD-Zeile (charged coupled device) 14 projiziert, deren Ausgang mit einem ersten Eingang eines Komparators Kl verbunden ist, der an seinem zweiten Eingang von dem Mikro-Controller 15 über einen 8-bit DA-Wandler 16 einen analogen Schwellenwert zugeführt erhält.
Die Lichtstrahlen werden von dem auf der Materialbahn 11 liegenden Teilbereich reflektiert; aus dem zwar im Strahlen¬ gang der Lichtquelle 10 jedoch neben der Materialbahn 11 liegenden Teilbereich werden keine oder nur wenige Licht- strahlen (etwa Fremdlicht) auf die CCD-Zeile 14 projiziert. Der Ausgang des Komparators Kl ist mit dem Mikro-Controller 15 verbunden, und dieser kommuniziert über eine serielle bidirektionale Schnittstelle 17 und die Verbindung 18 mit einer (in der Zeichnung nicht wiedergegebenen) Regelelek¬ tronik, durch die erforderlichenfalls ein Stellsignal zur Ausrichtung der Materialbahn 11 generiert wird.
Die CCD-Zeile 14 besteht aus einer Vielzahl (z.B. 2048) in einer Reihe quer zur Laufrichtung der Materialbahn 11 ange¬ ordneten Pixels, die Messpunkte bilden, in denen durch das auftreffende Licht analoge Signale in Form von Ladungspake- ten erzeugt, und die vorübergehend gespeichert werden.
Diese Ladungspakete werden durch den vom Taktgenerator 19 über die Schiebetaktleitung 20 zugeführten Schiebetakt von z. B. 2 MHz taktweise nach Art eines Schieberegisters in der CCD-Zeile 14 verschoben, bis sie diese an ihrem Ausgang nacheinander als analoge Ausgangs-Spannungssignale verlas¬ sen und dem ersten Eingang des Ko parator Kl zugeführt wer¬ den. Dort werden sie mit dem über den D/A-Wandler 16 einge¬ stellten Schwellenwert verglichen. Die CCD-Zeile 14 tastet so die vorbeilaufende Materialbahn 11 in ihrem Kantenbe¬ reich zeilenweise ab und liefert im Schiebetakt kontinuier¬ lich analoge Spannungssignale, d.h. bei einem Schiebetakt von 2 MHz und 2048 Messpunkten oder Pixles auf der CCD- Zeile 14 steht nach ca. jeder Millisekunde ein Zeilensatz neuer Werte bereit; die Abtastung erfolgt also mit einer dementsprechend hohen Auflösung.
Die Ausgangssignale der CCD-Zeile 14 werden digitalisiert; auch die weitere Auswertung erfolgt digital einschliesslich lieh der Schnittstelle 17 zu dem zentralen Auswertungsge¬ rät. So ergibt sich schon am Komparator Kl eine Datenkompri¬ mierung von 8 bit auf 1 bit. Es werden alle erfassten Infor¬ mationen zentral ausgewertet werden, und der Sensor kann, wie weiter unten noch erläutert wird, vom Auswertungsgerät für die jeweilige Anwendung parametriert werden.
Für die Messpunkte, an denen die CCD-Zeile 14 Lichtstrahlen 96/38370 PO7EP96/02302
11 -
aus dem ausserhalb der Materialbahn 11 liegenden Teilbe¬ reich der Abtastzeile erhält, werden die an der CCD-Zeile 14 erhaltenen Ausgangssignale unterhalb des am Komparator Kl eingestellten Schwellenwertes liegen, und am Ausgang des Komparators Kl wird ein digitales O-Signal anstehen; für die Messpunkte im Überdeckungsbereich, an denen die CCD- Zeile 14 von der Materialbahn 11 reflektierte Lichtstrahlen erhält, werden die erhaltenen Ausgangssignale diesen Schwel¬ lenwert erreichen oder überschreiten, und am Ausgang des Komparators Kl wird eine digitales 1-Signal anstehen und dem Mikro-Controller 15 zugeführt.
Mit Hilfe eines in Fig. 1 nicht dargestellten Taktzählers lässt sich feststellen und festhalten, bei welchem Takt, d.h. an welchem Messpunkt der CCD-Zeile 14 der Übergang stattgefunden hat, womit dann auch die aktuelle Position der Bahnkante 12 feststeht. Bei einer Abweichung dieses Positionswertes vom vorgegebenen Soll-Wert löst ein in der Zeichnung nicht dargestellter Regler ein Stellsignal zur Korrektur der seitlichen Lage der Materialbahn 11 aus.
Die Lichtstrahlen treffen nicht parallel auf die CCD-Zeile 14 auf, sondern die reflektierten Lichtstrahlen, welche durch die Optik 13 auf die CCD-Zeile 14 abgebildet werden. Daher vollzieht sich der der Bahnkante 12 entsprechende Übergang nicht in einem einzigen exakten Ladungsprung von einem Messpunkt der CCD-Zeile zum nächsten oder von einem Schiebetakt zum nächsten, sondern infolge einer gewissen Lichtstreuung ändert sich die Ladungsmenge in mehreren Schritten über mehrere Messpunkte. Es ist deshalb vorteil¬ haft eine Brennweite der Optik 13 zu wählen, bei der die Bahnkante 12 in ihrer dem Schwellenwert entsprechenden Soll-Position exakt auf einen bestimmten Messpunkt der CCD- Zeile 14 abgebildet wird, um einen exakten Signalsprung am Komparator Kl zu erhalten.
Sollte etwa bei einem Materialwechsel und sich daraus erge- benden veränderten Reflexionseigenschaften zunächst über die gesamte CCD-Zeile 14 kein Übergang festgestellt werden, so wird vom Controller 15 auf Anregung über die Schnitt¬ stelle 17 hin der Schwellenwert oder die Lichtintensität der Lichtquelle solange verändert, bis eine Kante oder auch ein Markierungsstrich gefunden ist. Gelingt dies nicht, wird über die Schnittstelle 17 ein Fehlersignal gesendet. Auf dieselbe Weise wird beispielsweise auch eine Verschie¬ bung der Spannungspegel der einzelnen CCD-Elemente infolge einer Temperaturdrift automatisch ausgeglichen.
Als Lichtquelle 10 haben sich bekanntlich Halogenlampen als gut geeignet erwiesen, weil sie mit relativ gutem Wirkungs¬ grad und ein weisses Licht abgeben, auf dessen Frequenzbe- reich ein CCD sehr empfindlich reagiert, und wegen ihrer trägen Reaktionsweise sendet sie auch im getakteten Betrieb ein konstantes Licht aus. Die Leistung der Lichtquelle 10 ist "vom Controller 15 über eine Steuerleitung 21 steuerbar; wenn z.B. infolge von Verschmutzung der Optik 13 der Licht- einfall schwächer wird, so bewirkt dies eine Verschiebung des Spannungspegels der CCD-Elemente; die digital abge¬ fragte Position des Übergangs bleibt jedoch erhalten und die Pegelverschiebung kann durch eine gesteuerte Leistungs¬ steigerung der Lichtquelle 10 ausgeglichen werden, so dass der Schwellenwert des Komparators Kl wieder exakt an der
Stelle des Übergangs erreicht wird. Umgekehrt kann eine Ver¬ schiebung des Spannungspegels durch Fremdlichteinfall in entgegengesetzter Richtung durch eine gesteuerte Reduzie¬ rung der Lichtquellen-Leistung kompensiert werden.
Durch die hier beschriebene Verfahrensweise gemäss Fig. 1 ist die Erfassung der Bahnkante oder eines z.B. aufgedruck¬ ten Markierungsstrichs für die Bahnkanten-Lageregelung und das Ausregeln von Sollabweichungen mit grosser Zuverlässig- keit und Störsicherheit durchführbar.
In den seltenen Fällen einer plötzlichen starken Verände- rung der Licht- oder Reflexionsverhältnisse kann es vorkom¬ men, dass die Spannungsamplitude am Ausgang der CCD-Zeile 14 für den den Übergang repräsentierenden Messpunkt den zu¬ vor am Komparator Kl eingestellten Schwellenwert nicht mehr erreicht, kann die Bahnkantenregelung kurzzeitig ausfallen, bis der Schwellenwert durch den Controller 15 nachgeführt, d.h. neu eingestellt ist.
Eine solche, wenn auch nur kurze Unterbrechung kann bei schnelllaufenden Maschinen von Nachteil sein. Es ist somit wünschenswert, beim zeilenweisen Abtasten des Bahnkantenbe¬ reichs jeweils eine Voranzeige für das Erreichen der Bahn¬ kante 12 aus beiden Richtungen zu erhalten, damit unverzüg¬ lich eine etwa erforderliche Nachführung des Schwellenwer- tes eingeleitet und eine Unterbrechung des Regelvorganges vermieden wird.
Diese erweiterte Aufgabe der Erfindung wird durch Weiterbil¬ dung des Verfahrens gelöst, welche in dem Blockschaltbild gemäss Fig. 2 dargsstellt ist; darin sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 bezeichnet.
Wie ersichtlich ist die Lichtquelle 10 in ihrer Leistung über eine Regelelektronik bzw. die Schnittstelle 17 mittels der Steuerleitung 21 vom Controller 15 steuerbar: sie ist wie in Fig. 1 - auf die zu kontrollierende Materialkante gerichtet. Deren Reflexion wirkt über eine nicht darge¬ stellte Optik auf die CCD-Zeile 14 (Die Materialbahn ist in Fig. 2 ebenfalls nicht dargestellt).
Über die Schiebetaktleitung 20 wird die CCD-Zeile 14 vom Taktgenerator 19 mit dem Schiebetakt von vorzugsweise 2 MHz angesteuert. Die CCD-Zeile 14 ist verbunden mit einer Ab¬ tast- und Haltevorrichtung 22, die die von den Messpunkten der CCD-Zeile 14 stammenden, analogen Spannungssignale vor¬ übergehend speichert und an den jeweils ersten Eingang von drei parallel liegenden Komparatoren Kl, K2, K3, die über den D/A-Wandler 16 an ihrem zweiten anderen Eingang unab¬ hängig voneinander einstellbare, unterschiedliche und vom Controller 15 dauernd überwachte Schwellenwerte zugeführt erhalten. Im Falle des Komparators Kl ist dies, wie in der Ausführungsform nach Fig. 1, der den Soll-Wert der seit¬ lichen Bahnkantenlage repräsentierende Schwellenwert 1. Die Schwellenwerte 2 und 3 der beiden anderen Komparatoren K2 und K3 liegen um einen Sicherheits- und Voranzeigeabstand darunter bzw. darüber, wie dies aus Fig. 3a ersichtlich ist.
Die drei Komparatoren liefern an ihren Ausgängen für jeden Messpunkt bzw. jedes Pixel der CCD-Zeile 14 ein digitales 0- auf 1- Signal, je nachdem, ob der betreffende Schwellen- wert von dem aktuell zugeführten Spannungssignal über- oder unterschritten wird. Beim Hell/Dunkel-Übergang von der Ma¬ terialbahn auf den Hintergrund vollzieht das von der CCD- Zelle 14 zugeführte Spannungssignal an den Komparatorein- gängen einen Intensitätssprung, der die Komparatorausgänge kurz nacheinander von 0- auf 1-Signal springen lässt; das Entsprechende geschieht bei einem Dunkel/Hell-übergang in umgekehrter Richtung, d.h. an den Ko paratorausgängen springt dann das Signal jeweils von 1- auf 0-.
In Fig. 3a ist dies schematisch dargestellt. Auf der Hori¬ zontalen sind die Messpunkte oder Pixel der CCD-Zeile 14 aufgetragen und auf der Vertikalen sind die analogen Span¬ nungswerte der einzelnen Messpunkte erkennbar, während mit 1, 2, und 3 die Schwellenwerte der Komparatoren Kl, K2, K3 angegeben sind. Der Bereich a auf der Horizontalen ent¬ spricht dem Teilbereich der Messzeile ausserhalb der Mate¬ rialbahn, der Bereich b markiert den Übergang an der Bahn¬ kante, in dem nacheinander die Komparatorschwellen erreicht werden, der Bereich c entspricht dem Überdeckungsbereich von Materialbahn und CCD-Zeile 14.
In Fig. 3b ist der an den Ausgängen der Komparatoren Kl, K2, K3 bei Erreichen der Schwellenwerte im Übergangsbereich jeweils auftretende Signalsprung dargestellt.
Die Ausgänge der Komparatoren Kl, K2, K3 sind mit einem Speicher 23 verbunden, in dem die Hell/Dunkel- bzw. Dun- kel/Hell-übergänge zusammen mit der durch einen Taktzähler 24 mit Hilfe des Schiebetakts ermittelten Position auf der CCD-Zeile 14 gespeichert werden. Er kommuniziert mit dem Controller 15 und dieser über die serielle bidirektionale Schnittstelle 17 und die Verbindung 18 mit einer zentralen Regelelektronik.
Im Normalbetrieb wird nur der Hell/Dunkel-Übergang an der Bahnkante, der dem mittleren Schwellenwert 1 des Kompara- tors Kl entspricht, detektiert und seine Position an die zentrale Regelelektronik übermittelt, die ihrerseits fest¬ stellt, ob die Position der Bahnkante dem Sollwert ent¬ spricht und bei Abweichung ein Stellsignal generiert. Die beiden zusätzlichen Komparatoren, die auf den oberen und unteren Schwellenwert einstellbar sind, liefern dabei an die Regelelektronik eine Voranzeige für den bevorstehenden Bahnkanten-Übergang aus der einen oder anderen Richtung. So kann vermieden werden, dass infolge sich ändernder Re¬ flexionsverhältnisse, z.B. durch Materialwechsel, einfal- lendes Fremdlicht, Verschmutzungen oder andere Einflüsse wegen der sich daraus ergebenden Verschiebung des Spannungs¬ pegels an den Messpunkten der CCD-Zeile 14 der für die Er¬ fassung der Bahnkante notwendige Hell/Dunkel-Ubergang plötz¬ lich ausbleibt und demzufolge die Regelung vorübergehend ausfällt.
Bei einer Signalpegeländerung wird immer zuerst eine der beiden äusseren Schwellenwerte 2 und 3 nicht mehr erreicht, und der betreffende Komparator K2 oder K3 zeigt somit keinen Übergang mehr an. Die Regelung wird aber durch den Komparator Kl mit dem mittleren Schwellenwert 1 weiter auf¬ rechterhalten, und es bleibt genügend Zeit, um bei Ausblei- ben des Übergangs-Signals einer der beiden äusseren Kompara¬ toren K2 oder K3 die Schwellenwerte durch die zentrale 'Re¬ gelelektronik den geänderten Verhältnissen entsprechend neu einzustellen. Die Bahnkantenregelung wird nicht unter- brochen, sondern kann kontinuierlich weitergeführt werden.
Ebenfalls kann die Leistung der Lichtquelle geänderten Ver¬ hältnissen entsprechend, z.B. bei Verschmutzung am opti¬ schen System, gesteuert werden, bevor die Bahnkantenrege- lung ausfällt. Ausserdem besteht die Möglichkeit, den Be¬ nutzer über ein geeignetes Interface auf die Veränderung aufmerksam zu machen und z. B. zur Reinigung des optischen Systems aufzufordern.
Folgende Reaktionsmöglichkeiten des erfindungsgemässen CCD- Sensors bei veränderten Bedingungen sind möglich:
- die Reflexion von der Materialbahn wird um soviel schwä¬ cher, dass der Komparator K3 mit dem oberen Schwellenwert 3 keinen Übergang mehr findet: Es wird die Lichtstärke der Lichtquelle 10 ausgehende Lichtstärke erhöht bzw. der Schwellenwert 3 über den Controller abgesenkt, bis der Komparator 3 wieder ansprechen kann;
- die Reflexion von der Materialbahn wird um soviel stär¬ ker, dass der Komparator K2 mit dem unteren Schwellenwert 2 keinen Übergang mehr findet; daraufhin wird die von der Lichtquelle 10 ausgehende Lichtstärke verringert bzw. der Schwellenwert 2 über den Controller 15 angehoben, bis der Komparator K2 wieder ansprechen kann;
- die Verschmutzung am optischen System wird grösser, die Intensität des reflektierten Lichts wird demzufolge kleiner, und der Komparator K3 mit dem oberen Schwellen- wert 3 findet keinen Übergang mehr; die Lichtstärke der Lichtquelle 10 wird erhöht bzw. der Schwellenwert 3 des Komparatores K3 abgesenkt; - durch einen hohen Fremdlichtanteil wird die CCD-Zeile 14 übersteuert, der Komparator 2 mit dem unteren Schwellen¬ wert 2 findet keinen Übergang mehr; die Lichtstärke der Lichtquelle 10 wird verringert bzw. der Schwellenwert 2 des Komparatores K2 angehoben.
Wie bereits in bezug auf Fig. 1 erwähnt, liefert die CCD- Zeile 14 mit der Frequenz des Schiebetakts (im Beispiel 2 MHz) kontinuierlich analoge Signale, die alle an jedem Komparatorausgang Kl, K2, K3 ein digitales 0- oder 1-Signal auslösen. Von Interesse für die Bahnkantenregelung ist aber nur der jeweilige Signalsprung im Übergangsbereich der Bahn¬ kante, nicht die gleichbleibenden Signale im Überdeckungsbe¬ reich der Materialbahn oder im Hintergrundbereich. Um den Speicher 23 und die nachfolgende Elektronik nicht mit un¬ nötigen Informationssignalen zu überschwemmen, findet er- findungsgemäss eine Vor-Auswertung der Informationsignale im Sensor statt. Dazu wird jedes von den Komparatoren Kl, K2, K3 kommende digitale Signal mit dem unmittelbar vorher- gehenden verglichen. Jedes von einem der Komparatoren Kl, K2, K3 kommende Ausgangssignal n wird dem einen Eingang eines Vergleichs-Gatters 25 zugeführt, an dessen anderem Eingang das unmittelbar vorhergehende Ausgangssignal n-1 desselben Komparators Kl, K2, K3 ansteht, das in einem Kurz- Zeitspeicher 26 für die Dauer des folgenden Schiebetaktes gespeichert wurde. Nur wenn im Vergleichsgatter 25 eine Än¬ derung des Ausgangssignals n zum vorhergehenden Ausgangssig¬ nal n-1 festgestellt wird, gibt die nachfolgende Logik¬ schaltung 27 einen Speicherbefehl an den Speicher 23 ab, in dem dann diese den Übergang von Hell nach Dunkel oder von Dunkel nach Hell an der Bahnkante (vor-)anzeigenden Signale zusammen mit dem Positionssignal vom Taktzähler 24 ge¬ speichert und zur weiteren Auswertung an den Controller 15 und die Schnittstelle 17 weitergeleitet werden, damit bei einer seitlichen Abweichung der Bahnkante ein Stellsignal abgegeben werden kann. Es findet so eine Verdichtung der In¬ formation von beispielsweise 2048 auf 3 Einheiten pro Ab- tastzeile statt (entsprechend der Pixelzahl der CCD-Zeile 14), und es müssen nur noch verhältnismässig wenige Daten im Speicher 23 gespeichert und über die Schnittstelle 17 übertragen werden; dies ergibt eine entsprechend hohe Dynamik für die Regelung und erlaubt die Verwendung eines Speichers mit geringerer Speicherkapazität.
Wegen seines hohen Auflösungsvermögens gestattet der erfin- dungsgemässe Sensor auch die Regelung der seitlichen Lage einer Materialbahn 11 nach einer aufgebrachten Markierung, z.B. einem aufgedruckten Markierungsstrich oder einer Bild¬ kante. Dazu werden nach der Erfindung an den Komparatoren Kl, K2, K3 jeweils drei Übergänge erfasst; in Fig. 3a und 3b ist dies schematisch dargestellt. Neben der Erfassung des Übergangs an der Bahnkante (Bereich c des Diagramms in Fig. 3), stellt der Sensor in jeder Abtastzeile am Markie¬ rungsstrich noch zwei weitere Übergänge, einen von hell nach dunkel und einen von dunkel nach hell fest, denn im Be¬ reich des Markierungsstriches wird das auftreffende Licht deutlich weniger reflektiert als von der übrigen Fläche der Materialbahn 11. Wenn in einer Zeile in gleichbleibendem Ab¬ stand zueinander die drei Übergänge festgestellt sind, zeigt dies die seitliche Lage des Markierungsstriches an, und die Regelung kann danach erfolgen. Indem neben den beiden Übergängen am Markierungsstrich selbst auch der der Bahnkante miteinbezogen wird, eben nacheinander drei Über¬ gänge festgestellt werden, wird gewährleistet, dass tat¬ sächlich der Markierungsstrich erfasst wurde und nicht etwa eine Fehlerstelle im Material. Wegen der hohen Zeilenfre- quenz des erfindungsgemässen Sensors, wie oben erwähnt, kann pro Millisekunde ein neuer Wertesatz bereitstehen, be¬ einträchtigt es die Regelung der Materialbahnlage nicht, wenn der Markierungsstrich einmal fehlerhaft eine kurze Unterbrechung oder einen sonstigen Fehler aufweist.
Wenn der von dem Taktgenerator erzeugte und über eine Schie- betaktleitung an die CCD-Zeile angelegte Schiebetakt eine Frequenz von 2 MHz hat und auf der CCD-Zeile sich als Messpunkte in einer Reihe quer zur Materialbahn 2048 licht¬ empfindliche Elemente (Pixels) befinden, kann am Ausgang der CCD-Zeile pro Millisekunde ein neuer Zeilensatz an Spannungssignalen zur Verfügung stehen.
Die Regelung nach einem Markierungsstrich kann vorzugsweise in der Regelelektronik parametriert oder (per Knopfdruck) angewählt werden.
Der erfindungsgemässe Sensor ist universell einsetzbar; er kann, wie dargelegt, auf ganz unterschiedliche Materialien mit ganz unterschiedlichen Reflexionseigenschaf en einge¬ stellt werden. Der Einsatz von zwei Sensoren beidseits der Materialbahn 11 erlaubt es, die Position der Bahnmitte zu regeln. Die Sensoren sind vorteilhaft über Steckkontakte mit der Regelelektronik verbindbar, und diese ist mittels Knopfdruck auf Bahnkantenregelung rechts oder links oder Bahnmittenregelung umschaltbar.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Online-Kontrolle von Bahnkanten mittels
Zeilenkamera zum Erfassen und Ausrichten der seitlichen Lage von Bahnkanten und/oder Markierungslinien bei der Ver- oder Bearbeitung von laufenden Materialbahnen, bei dem CCD- Elemente, als Pixel bezeichnet, eine Sensorzeile bilden, auf welcher mittels einer Optik die Reflexion des Verlaufs der zu kontrollierenden Bahnkante, auf welche eine Licht¬ quelle gerichtet ist, abgebildet wird, und deren analoge Spannungssignale bei Abweichungen von einem eingestellten Sollwert ein Korrektursignal auslösen, durch welches ein
Stellsignal zur Lagekorrektur der Materialbahn eingeleitet wird,
gekennzeichnet dadurch, dass
a) das analoge Spannungssignal der CCD-Zeile (14) einem ersten Eingang wenigstens eines Komparators (Kl) zuge¬ führt wird, an dessen zweitem Eingang ein einstellbarer analoger Spannungs-Schwellenwert angelegt ist,
b) am Ausgang des Komparators (Kl) je nach über- oder Un¬ terschreiten des Schwellenwertes ein digitales 0- oder 1-Signal ansteht und einem Controller (15) zugeführt wird,
c) durch den mit Hilfe eines Taktzählers die Position des Hell/Dunkel- oder Dunkel/Hellübergangs an der Bahnkante (12) und einer nachgeschalteteten Regelelektronik als Ist-Wert zugeführt wird.
d) bei Ausbleiben eines Signalsprungs über eine ganze CCD- Zeile (14) durch ein Korrektursignal des Controllers (15) der Schwellenwert am zweiten Eingang des Kompara- tors (Kl) verschoben oder die Leistung der Lichtquelle (10) verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
a) das analoge Spannungssignal der CCD-Zeile (14) dem je¬ weils ersten Eingang von drei parallel angeordneten Kom¬ paratoren (Kl, K2, K3) zugeführt wird, an deren zweitem Eingang unterschiedliche und voneinander unabhängig ein- stellbare analoge Spannungs-Schwellenwerte (1, 2, 3) an¬ liegen,
b) wobei der mittlere Spannungs-Schwellenwert (1) den Hell/Dunkel oder Dunkel/Hellübergang an der Bahnkante (12) darstellt, und die beidseitigen äusseren Spannungs- Schwellenwerte (2, 3) dazu in einem Voranzeige-Abstand darüber bzw. darunter liegen,
c) und bei Ausbleiben des die Bahnkante (12) darstellenden Hell/Dunkel oder Dunkel/Hellübergangs an einem oder bei¬ den äusseren Spannungs-Schwellenwerte (2, 3) die Lei¬ stung der Lichtquelle (10) vom Controller (15) über eine Steuerleitung (21) korrigiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektursignale der drei Komparatoren (Kl, K2, K3) einerseits an einen Datenspeicher (23) und andererseits je¬ weils zugeordneten Vergleichsgattern (25) zugeführt mit dem jeweils unmittelbar vorausgehenden, in Kurzzeitspeichern (26) gespeicherten Ausgangssignal n-1 verglichen und an einen Logigbaustein (27) geleitet werden, der nur bei einem auftretenden Signalsprung einen Speicherbefehl an den Daten¬ speicher (23) abgibt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3. dadurch gekennzeich¬ net, dass zur Erfassung einer auf der Materialbahn (11) aufgebrachten Markierungslinie oder einer Bildkante wenig- stens zwei Hell/Dunkel bzw. Dunkel/Hell-übergänge abgefragt und durch eine Vorauswertung mit den unmittelbar vorausge¬ henden, Ausgangssignalen entweder im Controller (15) oder in der nachgeschalteten Regelelektronik verglichen und be¬ stimmt wird, ob es sich um eine gültige Linienformation oder um eine Fehlinformation aufgrund von Druckmarken oder Schriften handelt.
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