PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19549351C2 04.03.1999
Titel Vorrichtung zur Kontrolle von Bögen
Anmelder Leuze electronic GmbH + Co, 73277 Owen, DE
Erfinder Lehmann, Joachim, 73252 Lenningen, DE;
Kälberer, Roland, 73230 Kirchheim, DE
DE-Anmeldedatum 12.10.1995
DE-Aktenzeichen 19549351
File number of basic patent 19537954.3
Offenlegungstag 17.04.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.03.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.03.1999
IPC-Hauptklasse B65H 7/12
IPC-Nebenklasse G01D 5/24   G01D 5/26   B65H 5/24   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle von Bögen.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 42 33 854 A1 bekannt. Die Vorrichtung weist vorzugsweise drei optische Meßwertgeber auf, die längs einer Geraden quer zur Bewegungsrichtung der Bögen angeordnet sind. Als Meßwerte werden die die Bögen durchdringenden Teile der von den Sendern emittierten Sendelichtstrahlen ausgewertet.

Die auf den Empfängern auftreffenden Lichtmengen werden in der Auswerteeinheit in auf eine Bezugsgröße normierte Transmissionsgrade umgerechnet. Diese Transmissionsgrade sowie die auf den Empfängern auftreffenden Intensitätswerte werden in einer Fuzzy-Logic-Einheit ausgewertet.

Aufgrund von verschiedenartigen Bedruckungen schwanken die Transmissionsgrade und Intensitätswerte bei der Detektion von Einfach- oder Mehrfachbögen. Diese Werte stellen unscharfe Meßgrößen dar und bilden demzufolge die linguistischen Variablen des Fuzzy-Logic-Modells.

In der Fuzzy-Logic-Einheit werden diese Variablen mit Fuzzy-Logic-Regeln verknüpft. Als Ausgangsgröße liefert die Fuzzy-Logic-Einheit eine Bewertung, ob ein Einfach- oder Mehrfachbogen vorliegt.

Mit dieser Vorrichtung können auch dann Einfach- von Mehrfachbogen sicher unterschieden werden, falls die einzelnen Bögen verschiedenartige Bedruckungen oder Inhomogenitäten, wie zum Beispiel lokale Dichteschwankungen, aufweisen.

Nachteilig hierbei ist jedoch, daß bei sehr dicken Bögen nur sehr wenig Licht die Bögen durchdringt, welches nicht mehr ausreicht, um einen Einfachbogen von einem Doppelbogen zu unterscheiden. Zudem kann die Auswertung dadurch erschwert werden, daß die zu detektierenden Bögen nicht eben auf der Unterlage aufliegen.

Aus der DE 31 00 065 C2 ist eine Vorrichtung zur Festellung von Fehl- und/- oder Mehrfachbögen an Buchbinderei- und Druckmaschinen bekannt. Die Vorrichtung weist eine kapazitive Meßwertgeberanordnung auf mit zwei sich gegenüberliegenden, elastisch gelagerten Kondensatorplatten, zwischen welchen die Bögen geführt sind. Eine der beiden Kondensatorplatten ist dreigeteilt. Der mittlere Teil der geteilten Kondensatorplatte und die ungeteilte Kondensatorplatte bilden den Meßkondensator zur Feststellung der Bögen. Hierzu sind diese Teile der Kondensatorplatten in einem ersten kapazitiven Zweig einer Meßbrückenschaltung geschaltet. In einem anderen Zweig der Meßbrückenschaltung sind die seitlichen Teile der geteilten Kondensatorplatte mit der ungeteilten Kondensatorplatte sowie mit einem Festkondensator in einer Parallelschaltung angeordnet. Dadurch können mechanische Störeinflüsse bei der Bogenfeststellung kompensiert werden.

Bei diesen Störeinflüssen handelt es sich um Schwingungen und Schräglagen der Meßwertgeberanordnung. Diese Störeinflüsse wirken sich auf den gesamten Körper des Meßwertgebers in gleicher Weise aus und gehen somit nicht in das Ausgangssignal der Meßbrückenschaltung mit ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Unterscheidung von Einfach- und Mehrfachbögen auch bei Vorhandensein von insbesondere durch Flatterbewegungen der Bögen verursachten Störeinflüssen gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-6 beschrieben.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Ein Anlegetisch einer bogenverarbeitenden Maschine mit einem optischen und kapazitiven Meßwertgeber,

Fig. 2: Querschnitt durch die Meß- und Kompensationselektrode des kapazitiven Meßwertgebers,

Fig. 3: Auswerteschaltung für den kapazitiven Meßwertgeber.

Fig. 1 zeigt einen am Einlauf einer bogenverarbeitenden Maschine angeordneten Anlegetisch 1. Die bogenverarbeitende Maschine ist in Fig. 1 nicht dargestellt und kann beispielsweise von einer Rotationsdruckmaschine gebildet sein. Bögen 2 verschiedener Qualität und Materialbeschaffenheit werden von nicht dargestellten Stapeln vereinzelt und in Schuppenformation über den Anlegetisch 1 in die bogenverarbeitende Maschine eingezogen. Die Bewegungsrichtung der Bögen ist in Fig. 1 mit einem Pfeil B gekennzeichnet.

In Bewegungsrichtung der Bögen 2 sind hintereinander ein kapazitiver Meßwertgeber 3 und ein optischer Meßwertgeber 4 angeordnet, die an eine gemeinsame Auswerteeinheit 5 angeschlossen sind.

Prinzipiell können auch jeweils mehrere kapazitive und optische Meßwertgeber 3, 4 vorgesehen sein. Dabei können zweckmäßigerweise jeweils die kapazitiven und optischen Meßwertgeber 3, 4 längs einer Geraden quer zur Bewegungsrichtung der Bögen 2 angeordnet und über die gesamte Breite der bogenverarbeitenden Maschine verteilt sein.

Im fehlerfreien Betrieb werden die Bögen 2 einzeln in die bogenverarbeitende Maschine eingezogen, so daß im Bereich der Meßwertgeber 3, 4 jeweils nur ein Bogen 2 angeordnet ist. Im Fehlerfall werden zwei oder mehrere übereinanderliegende Bögen 2 von den Meßwertgebern 3, 4 erfaßt, was zu einer Fehlermeldung und zum Abschalten der bogenverarbeitenden Maschine führt. Um einen sicheren Betrieb der bogenverarbeitenden Maschine zu gewährleisten, müssen die Meßwertgeber 3, 4 eine sichere Unterscheidung von Einfachbögen und Mehrfachbögen, insbesondere Doppelbögen, für verschiedenartige Sorten von Bögen 2 gewährleisten.

Der optische Meßwertgeber 4 ist vorzugsweise von einer Einweglichtschranke gebildet. Die Einweglichtschranke weist einen Sender 6 und einen Empfänger 7 auf, welche in einem Gehäuse 8 integriert sind. Das Gehäuse 8 weist zwischen Sender 6 und Empfänger 7 einen Luftspalt 9 auf, in dem die Bögen 2 geführt sind. Vorteilhafterweise ist der Sender 6 im oberen Gehäuseteil integriert.

Der Sender 6 ist vorzugsweise von einer Leuchtdiode gebildet. Das vom Sender 6 ermittelte Sendelicht 10 durchdringt die Bögen 2 teilweise. Der die Bögen 2 durchdringende Teil der Sendelichtmenge gelangt auf den im unteren Teil des Gehäuses 8 integrierten Empfänger 7. Der Empfänger 7 ist vorzugsweise von einer Photodiode gebildet. Der untere Teil des Gehäuses 8 mit dem Empfänger 7 ist im Anlegetisch 1 integriert und schließt mit der Oberfläche des Anlegetisches 1 bündig ab, so daß die Bögen 2 ohne zusätzlichen Widerstand über den Empfänger 7 gleiten. Dadurch werden Flatterbewegungen der Bögen 2, die zur Fehldetektion führen können, weitgehend vermieden.

Die Anordnung mit einem unter dem Bogen 2 liegenden Empfänger 7 und einem von oben auf den Bogen 2 abstrahlenden Sender 6 ist auch deshalb vorteilhaft, weil das den Bogen 2 durchdringende Sendelicht 10 aufgestreut wird. Läge der Sender 6 unterhalb des Bogens 2 würde das Sendelicht 8 auf dem relativ großen Lichtweg zwischen Bogen 2 und Empfänger 7 stark aufgestreut, so daß nur sehr wenig Sendelicht 10 zum Empfänger 7 gelangen würde. Bei der vorliegenden Anordnung liegt der Bogen 2 jedoch direkt auf dem Empfänger 7, so daß eine Aufstreuung des Sendelichts 2 nahezu ausgeschlossen ist.

Zur Unterscheidung ob ein Einfach- oder Doppelbogen vorliegt wird das am Ausgang des Empfängers 7 anstehende Ausgangssignal vorzugsweise mit einem Schwellwert S1 bewertet. Wird mit dem optischen Meßwertgeber 4 ein Einfachbogen detektiert, so durchdringt ein relativ großer Anteil des Sendelichts 10 den Bogen 2 und gelangt auf den Empfänger 7. Entsprechend liegt das Ausgangssignal des Empfängers 7 oberhalb des Schwellwerts S1. Bei Detektion eines Doppel- oder Mehrfachbogens gelangt bedeutend weniger Sendelicht 10 auf den Empfänger 7, so daß die Amplitude unterhalb des Schwellwerts S1 liegt.

Der kapazitive Meßwertgeber 3 weist eine zweiteilige Meßelektrode 11a, 11b und eine Kompensationselektrode 12 zur Kompensation von durch Flatterbewegungen der Bögen 2 verursachten Fehlsignalen auf. Die Meßelektrode 11a, 11b und die Kompensationselektrode 12 sind als dünne Metallschichten auf einem isolierenden Träger 13 aufgebracht. Der Träger 13 besteht vorzugsweise aus FR4, einem Kunststoff, der üblicherweise als Leiterplattenmaterial verwendet wird.

Der Träger 13 weist einen rechteckigen Querschnitt und eine ebene Oberfläche auf, so daß die Meß- und Kompensationselektrode 11a, b, 12 in einer Ebene liegend oberhalb der Bögen 2 angeordnet sind.

Der Träger 13 mit der Meß- und Kompensationselektrode 11a, b, 12 ist in einem Gehäuse 14 integriert, welches auf Massepotential GND gelegt ist.

Der Träger 13 ist einer Gegenelektrode 15 in konstantem Abstand gegenüberliegend angeordnet. Die Gegenelektrode 15 liegt ebenfalls auf Massepotential GND. Die aus Metall bestehende Gegenelektrode 15 ist quaderförmig ausgebildet und weist einen rechteckigen Querschnitt auf, der größer oder gleich dem Querschnitt des Trägers 13 ist. Die Gegenelektrode 15 ist im Anlegetisch 1 so integriert, daß deren Oberfläche mit der Oberfläche des Anlegetisches 1 bündig abschließt.

In dem Luftspalt 16 zwischen Gegenelektrode 15 und dem Träger 13 sind die Bögen 2 auf dem Anlegetisch 1 geführt.

Die Geometrie der Meß- und Kompensationselektrode 11a, b, 12 ist insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich.

Ein erster Teil der Meßelektrode 11a ist von einer streifenförmigen, entlang des Randes des Trägers 13 verlaufenden Metallschicht gebildet.

Die Kompensationselektrode 12 ist ebenfalls von einer streifenförmigen Metallschicht gebildet. Sie ist auf dem von der Meßelektrode 11a begrenzenden Teil der Oberfläche des Trägers 13 aufgebracht. Die Kompensationselektrode 12 verläuft innerhalb des ersten Teils der Meßelektrode 11b in vorgegebenem Abstand zu dieser.

Ein zweiter Teil der Meßelektrode 11b ist von einer flächigen Metallschicht gebildet. Sie ist auf dem von der Kompensationselektrode 12 begrenzten Teil der Oberfläche des Trägers 13 in vorgegebenem Abstand zu dieser angeordnet.

Die Teile der Meßelektrode 11a, b sowie die Kompensationselektrode 12 sind jeweils an die Geometrie des Trägers 13 angepaßt und weisen rechteckige Konturen auf.

Der zweite Teil der Meßelektrode 11b dient insbesondere zur Vergrößerung der aktiven Meßfläche und ist über einen Metallstreifen 17, welcher eine Aussparung 18 in der Kompensationselektrode 12 durchsetzt, mit dem ersten Teil der Meßelektrode 11a leitend verbunden.

In Fig. 1 sind die bei dem kapazitiven Meßwertgeber 3 vorhandenen Kapazitäten aufgeführt, die in einer Auswerteschaltung 19, die vorzugsweise in der Auswerteeinheit 5 integriert ist, ausgewertet werden.

Die Kapazität zwischen dem ersten Teil der Meßelektrode 11a und der Gegenelektrode 15 ist mit C2 gekennzeichnet. Die Kapazität zwischen dem zweiten Teil der Meßelektrode 11b und der Gegenelektrode 15 ist ebenfalls mit C2 gekennzeichnet, da die Kapazitäten zwischen den Teilen der Meßelektrode 11a, b identisch sind. Die Kapazität zwischen der Kompensationselektrode 12 und der Gegenelektrode 15 ist mit C1s gekennzeichnet.

Die Abstände zwischen der Kompensationselektrode 12 und den beiden Teilen der Meßelektrode 11a, b sind identisch, so daß auch die Kapazitäten C1 zwischen der Kompensationselektrode 12 und den beiden Teilen der Meßelektrode 11a, b identisch sind.

Die Kapazität zwischen dem ersten Teil der Meßelektrode 11a und dem Rand des Trägers 13 ist mit C2s gekennzeichnet.

Die unterschiedlichen Kapazitäten C1, C1s, C2, C2s des kapazitiven Meßwertgebers 3 werden in der in Fig. 3 dargestellten Auswerteschaltung 19 ausgewertet. Die Auswerteschaltung 19 entspricht im wesentlichen einem Wienbrückenoszillator, wobei neben den Kapazitäten des kapazitiven Meßwertgebers 3 eine regelbare Kapazität C3 vorgesehen ist, die beispielsweise von einer Kapazitätsdiode geliefert wird.

Zudem sind in der Auswerteschaltung 19 zwei identische Widerstände R1 vorgesehen, sowie zwei Widerstände R3 und R4. Der Widerstandswert von R4 ist doppelt so groß wie der Widerstandswert von R3. Schließlich weist die Auswerteschaltung 19 einen Differenzverstärker 20 auf. Die Kreisverstärkung wird auf den Wert eins geregelt, wodurch das Meßsignal konstant gehalten wird.

Dies wird dadurch erzielt, daß der Wert von C3 auf den Wert der Summe der Kapazitäten C2 + C2s geregelt wird. Die Regelung erfolgt zweckmäßigerweise mittels eines PI-Reglers.

Das Meßsignal, welches zur Kontrolle der Bögen 2 verwendet wird, ist von der Summe der Kapazitäten C1s + C2 gebildet. Dieser Wert stellt das Ausgangssignal des kapazitiven Meßwertgebers 3 dar. Das Ausgangssignals wird mittels eines Schwellwerts S1' bewertet. Liegt das Ausgangssignal unterhalb des Schwellwerts S1', so liegt ein Doppel- bzw. Mehrfachbogen vor.

Durch den symmetrischen Aufbau der Auswerteschaltung ist das Meßsignal unempfindlich gegen Wertänderungen von Bauteilen aufgrund von Alterung oder Temperatureinflüssen.

Durch ein Flattern der Bögen 2 wird der Abstand eines Bogens 2 zur Meßelektrode 11a, b geändert. Dadurch ändert sich die Kapazität C2s. In gleichem Maße ändert sich jedoch auch die Kapazität C1. Durch die symmetrische Anordnung von C1 und C2s innerhalb der Auswerteschaltung 19 werden die durch das Flattern der Bögen 2 bewirkten Kapazitätsänderungen kompensiert und wirken sich nicht auf das Meßsignal C1s + C2 aus.

Da das Flattern der Bögen 2 insbesondere am Rand des kapazitiven Meßwertgebers 3 auftritt, sind die Geometrien der Meß- und Kompensationselektrode 11a, b, 12 so ausgebildet, daß die Bereiche, an denen Kapazitäten C1 und C2s anliegen, im Randbereich des Trägers 13 angeordnet sind.

In der Auswerteeinheit 5 werden die Amplituden der Ausgangssignale beider Meßwertgeber 3, 4 registriert. Die Auswerteeinheit 5 weist zur Auswertung dieser Signale eine Rechnereinheit, vorzugsweise einen Microcontroller, auf. Das Ausgangssignal der Meßwertgeber 3, 4 wird dabei hinsichtlich der Amplituden fortlaufend überwacht.

Zweckmäßigerweise werden in Abhängigkeit des Wertes der aktuellen Amplitude eines Meßwertgebers 3 oder 4 entweder diese Ausgangssignale des kapazitiven oder optischen Meßwertgebers 3, 4 zur Entscheidung, ob ein Einfach- oder Mehrfachbogen vorliegt, herangezogen.

Vorteilhafterweise ist hierzu in der Auswerteeinheit 5 ein schalterartiges Mittel vorgesehen. Der Schaltpunkt des schalterartigen Mittels wird von einem Schwellwert S2 gebildet, mittels dessen die Amplitude des kapazitiven oder optischen Meßwertgebers 3, 4 bewertet wird. Prinzipiell können auch beide Meßwertgeber 3, 4 jeweils mit einem Schwellwert S2, S2' bewertet werden. Am Schaltpunkt findet ein Wechsel des Meßwertgebers 3, 4, welcher zur Entscheidung über das Vorliegen eines Einfach- oder Mehrfachbogens herangezogen wird, statt.

Die Umschaltung kann vorzugsweise durch ein von einem Software-Modul gebildetes schalterartiges Mittel durchgeführt werden. Je nachdem, ob die Amplitude oberhalb oder unterhalb des Schwellwertes S2 liegt, werden die Meßwerte eines bestimmten Meßwertgebers 3, 4 für die weitere Auswertung verwendet.

Für diese Entscheidung kann beispielsweise das Ausgangssignal des optischen Meßwertgebers 4 herangezogen werden. Bei sehr dünnen Bögen 2 durchdringt eine große Sendelichtmenge die Bögen 2, so daß die Amplitude des Ausgangssignals oberhalb des Schwellwerts S2 liegt. In diesem Fall wird der optische Meßwertgeber 4 zur Kontrolle der Bögen verwendet.

Im optischen Meßwertgeber 4 erfolgt dann die Unterscheidung von Einfach- und Doppelbögen mittels des Schwellwertes S1, der sich von dem den Schaltpunkt darstellenden Schwellwert S2 unterscheidet.

Bei Vorliegen von dicken Bögen 2 liegt das Ausgangssignal unterhalb des Schwellwerts S2, so daß der kapazitive Meßwertgeber 3 zur Kontrolle der Bögen 2 eingesetzt wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Kontrolle von Bögen (2), die von einem Stapel vereinzelt in eine bogenverarbeitende Maschine eingezogen werden, mittels eines kapazitiven Meßwertgebers (3) mit einer zweiteiligen Meßelektrode (11a, 11b) zur Unterscheidung von Einfach- und Mehrfachbögen und einer Kompensationselektrode (12) zur Kompensation von Fehlsignalen, wobei die Meßelektrode (11a, 11b) und die Kompensationselektrode (12) in einer Ebene liegend oberhalb der Bögen (2) angeordnet sind und einer Gegenelektrode (15) im Abstand gegenüberstehen, wobei der erste Teil der Meßelektrode (11a) streifenförmig ausgebildet und entlang des Randes des Meßwertgebers (3) verlaufend angeordnet ist, die Kompensationselektrode (12) ebenfalls streifenförmig ausgebildet ist und innerhalb des ersten Teils der Meßelektrode (11a) in vorgegebenem Abstand zu dieser verläuft, und der zweite Teil der Meßelektrode (11b) innerhalb der Kompensationselektrode (12) in vorgegebenem Abstand zu dieser angeordnet ist und eine von der Kompensationselektrode (12) begrenzte Fläche weitgehend überdeckt, wobei die beiden Teile der Meßelektrode (11a, 11b) miteinander über einen eine Aussparung (18) der Kompensationselektrode (12) durchsetzenden Metallstreifen (17) leitend verbunden und die Kompensationselektrode (12) und die beiden Teile der Meßelektrode (11a, 11b) durch isolierende Schichten getrennt sind, wobei zur Kompensation von Fehlsignalen sowohl die Kapazitäten zwischen den beiden Teilen der Meßelektrode (11a, 11b) und der Gegenelektrode (15) sowie der Kompensationselektrode (12) und der Gegenelektrode (15), C2 und C1S, als auch die Kapazitäten zwischen der Kompensationselektrode (12) und den beiden Teilen der Meßelektrode (11a, 11b) sowie dem ersten Teil der Meßelektrode (11a) und dem Rand des Meßwertgebers (3), C1 und C2S, in einer von einem Wienbrückenoszillator gebildeten Auswerteschaltung (19) ausgewertet werden, wobei die Kapazitäten C1 und C2S in unterschiedlichen Zweigen der Auswerteschaltung (19) symmetrisch angeordnet sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektrode (11a, 11b) und die Kompensationselektrode (12) von dünnen Metallschichten gebildet sind, die auf einen die isolierenden Schichten bildenden isolierenden Träger (13) aufgebracht sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (15) einen rechteckigen Querschnitt und eine ebene Oberfläche aufweist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Träger (13) einen rechteckigen Querschnitt aufweist, der kleiner oder gleich dem Querschnitt der Gegenelektrode (15) ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterscheidung von Einfach- und Mehrfachbogen zusätzlich ein optischer Meßwertgeber (4) vorgesehen ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit der Amplitude des Ausgangssignals des optischen (4) und kapazitiven Meßwertgebers (3) jeweils nur ein Ausgangssignal zur Entscheidung, ob ein Einfach- oder Mehrfachbogen vorliegt, herangezogen wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com