Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle von Bögen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 200 18 193 U1 bekannt. Diese Vorrichtung ist in einer bogenverarbeitenden Maschine integriert und umfasst Bögen erfassende Sensoren und eine Auswerteeinheit, wobei zur Detektion von Einfachbögen und/oder Mehrfachbögen in der Auswerteeinheit aus den Ausgangssignalen der Sensoren ein Bogenfeststellungssignal abgeleitet wird. Dabei sind als Sensoren wenigstens ein kapazitiver Sensor und wenigstens ein Ultraschallsensor vorgesehen. Das Bogenfeststellungssignal wird aus einer logischen Verknüpfung der Ausgangssignale der Sensoren abgeleitet, wobei die logische Verknüpfung in Abhängigkeit der während einer Abgleichphase ermittelten Ausgangssignale der Sensoren durch die Auswerteeinheit festgelegt ist.

Durch die Verwendung jeweils wenigstens eines Ultraschallsensors und eines kapazitiven Sensors ist eine sichere Kontrolle von Bögen für unterschiedliche Bogen-Materialien gewährleistet. Die Zuverlässigkeit der Kontrolle der Bögen wird dabei dadurch erhöht, dass in Abhängigkeit der während der Abgleichphase ermittelten Messwerte zur nachfolgenden Durchführung der Kontrolle der Bögen in der Auswerteeinheit die Ausgangssignale der Sensoren zur Generierung des Bogenfeststellungssignals logisch verknüpft werden. Dabei werden vorzugsweise die analogen Ausgangssignale der Sensoren zunächst mit jeweils einem Schwellwert bewertet und dadurch in binäre Ausgangssignale gewandelt. Diese binären Ausgangssignale werden dann mittels UND- oder ODER-Verknüpfungen verknüpft. Alternativ oder zusätzlich wird in der Auswerteeinheit eine Selektion der Ausgangssignale der Sensoren vorgenommen, so dass gegebenenfalls die Ausgangssignale eines Teils der Sensoren zur Kontrolle der Bögen herangezogen werden.

Durch die in der Auswerteeinheit durchgeführte Selektion werden die Sensoren, deren Ausgangssignale keine sichere Detektion von Bögen für das jeweilige Bogen-Material gewährleisten, nicht zur weiteren Auswertung herangezogen.

Durch die logische Verknüpfung der Ausgangssignale der ausgewählten Sensoren wird gegenüber einer Einzelauswertung von Sensoren eine höhere Detektionssicherheit bei der Bogenkontrolle erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich ihrer Nachweisempfindlichkeit weiter zu verbessern.

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

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Kontrolle von Bögen in einer bogenverarbeitenden Maschine. Die Vorrichtung umfasst einen kapazitiven Sensor, einen Ultraschallsensor und eine Auswerteeinheit, in welcher in Abhängigkeit der Ausgangssignale des kapazitiven Sensors und/oder des Ultraschallsensors ein Bogenfeststellungssignal zur Unterscheidung von Einfach- und Mehrfachbögen generiert wird. Weiterhin umfasst die erfindungemäße Vorrichtung Mittel zur Empfindlichkeitseinstellung des kapazitiven Sensors und/oder des Ultraschallsensors.

Durch die erfindungsgemäßen Mittel zur Empfindlichkeitseinstellung können der Ultraschallsensor und der kapazitive Sensor an die Einsatzbedingungen an der bogenverarbeitenden Maschine und insbesondere an die unterschiedlichen Materialien der zu detektierenden Bögen angepasst werden, wodurch eine Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt wird. Durch die erhöhte Nachweisempfindlichkeit können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch Bögen großer Dicke sowie Bögen, die aus kritischen Materialien, insbesondere laminierte Bögen, oder Bögen bestehend aus inhomogenen oder mehrschichtigen Materialien, detektiert werden.

Gemäß einer vorteilhafen Variante der Erfindung erfolgt mittels einer Regeleinheit eine Empfindlichkeitseinstellung des Ultraschallsensors. Dabei wird in einem Regelprozess die Sendeleistung des Ultraschallsenders des Ultraschallsensors oder die Empfangssignalverstärkung des Ultraschallempfängers des Ultraschallsensors geregelt. Die Regelung erfolgt dabei zweckmäßig derart, dass das Empfangssignal vorzugsweise bei der Detektion eines Gutbogens auf einen Sollwert eingeregelt wird.

Die Ausgangssignale von Ultraschallsensoren sind sehr empfindlich gegen variierende Umgebungs- und Materialparameter, wie zum Beispiel der Dicke der zu erfassenden Bögen, der Feuchtigkeit in der Umgebung oder in den Bögen selbst, des Einfallswinkels der vom Ultraschallsender in Richtung der Bögen emittierten Ultraschallwellen und der Umgebungstemperatur.

Durch den erfindungsgemäßen, mittels der Regeleinheit durchgeführten Regelungsprozess können durch derartige Parameter bedingte Beeinflussungen der Ausgangssignale des Ultraschallsensors und dadurch gegebenenfalls bedingte Verfälschungen des Bogenfeststellungssignals systematisch reduziert werden.

Der Regelungsvorgang erfolgt generell bei Detektion eines Gutbogens mittels des Ultraschallsensors, das heißt im fehlerfreien Fall. Beispielswiese kann bei einer Doppelbogenkontrolle mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Gutbogen von einem Einfachbogen gebildet sein, der mittels der Sensorik der Vorrichtung von Doppelbögen zu unterscheiden ist.

Im einfachsten Fall erfolgt die Empfindlichkeitseinstellung des Ultraschallsensors mittels der Regeleinheit nur während eines Abgleichvorgangs, der vor dem Arbeitsbetrieb der Vorrichtung durchgeführt wird. Durch die Detektion des Gutbogens während des Abgleichvorgangs kann der Ultraschallsensor optimal an die Materialparameter des Bogens angepasst werden. Weiterhin wird damit auch eine Anpassung an applikationssymmetrische Randbedingungen erzielt. So erfolgt mittels der erfindungsgemäßen Regelung automatisch eine selbsttätige Anpassung des Ultraschallsensors an die jeweilige Applikation. Beispielsweise wird durch die Empfindlichkeitseinstellung der spezifische Einfallswinkel der Ultraschallwellen des Ultraschallsenders relativ zur Bogenoberfläche berücksichtigt, da abhängig von diesem Parameter die Amplituden der Ausgangssignale des Ultraschallempfängers variieren, diese Variation durch die Regelung der Sendeleistung oder Empfangssignalverstärkung jedoch kompensiert wird.

Besonders vorteilhaft erfolgt die Regelung mittels der Regeleinheit auch während des Arbeitsbetriebs des Ultraschallsensors. Dabei erfolgt auch hier die Regelung der Sendeleistung oder Empfangssignalverstärkung immer bei der Detektion eines Gutbogens. Durch die Regelung während des Arbeitsbetriebs können Beeinflussungen der Ausgangssignale des Ultraschallsensors durch zeitlich variierende Prozessparameter wie Temperatur und Feuchtigkeit effizient kompensiert werden, wodurch die Nachweisempfindlichkeit des Ultraschallsensors erhöht wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Regelung derart, dass Regelungsvorgänge nur dann durchgeführt werden, wenn das aktuelle Ausgangssignal außerhalb eines definierten Hysteresebereichs liegt. Der Sollwert, auf welchen das Empfangssignal eingeregelt werden soll, liegt dabei innerhalb dieses Hysteresebereichs. Dadurch wird eine signifikante Stabilisierung des Regelprozesses erhalten. Der Hysteresebereich ist hierzu so gewählt, dass das innerhalb des Hysteresebereichs liegende Empfangssignal bereits eine relativ gute Übereinstimmung mit dem Sollwert aufweist, das heißt der Hysteresebereich definiert eine Toleranzzone für den Sollwert.

Da bei in diesem Hysteresebereich liegendem Empfangssignal keine Regelvorgänge durchgeführt werden, werden unnötige Regelvorgänge, die zu Überschwingern im Regelungsprozess führen könnten, welche das Empfangssignal wieder aus dem Hysteresebereich herausführen würden, vermieden.

Der Sollwert und die Regelparameter der Regelung können im einfachsten Fall in der Regeleinheit als feste Größe abgespeichert sein. Besonders vorteilhaft können diese Parameter applikationsspezifisch über eine Schnittstelle in die Regeleinheit eingegeben werden.

Die erfindungsgemäßen Mittel zur Empfindlichkeitseinstellung sind nicht auf die Einstellung der Empfindlichkeit des Ultraschallsensors begrenzt. Besonders vorteilhaft wird auch eine Empfindlichkeitseinstellung des kapazitiven Sensors vorgenommen, wobei diese vorteilhaft dadurch erfolgt, dass die Verstärkung der Ausgangssignale des kapazitiven Sensors während des Abgleichvorgangs mittels einer Stelleinheit eingestellt wird. Vorzugsweise ist eine stufenweise Einstellmöglichkeit der Verstärkung der Ausgangssignale möglich. Diese Art der Empfindlichkeitseinstellung kann schnell und einfach durchgeführt werden. Vorteilhaft erfolgt auch in diesem Fall die Empfindlichkeitseinstellung bei der Detektion eines Gutbogens.

Zur Generierung des Bogenfeststellungssignals können vorteilhaft die Ausgangssignale des Ultraschallsensors und des kapazitiven Sensors herangezogen werden, wobei bevorzugt deren Ausgangssignale hierzu in der Auswerteeinheit logisch verknüpft werden.

Alternativ kann während des Arbeitsbetriebs der Vorrichtung nur der Ultraschallsensor oder der kapazitive Sensor aktiviert sein, so dass dann nur die Ausgangssignale des jeweils aktivierten Sensors zur Generierung des Bogenfeststellungssignals herangezogen werden.

Generell kann die Vorrichtung auch mehrere Ultraschallsensoren oder mehrere kapazitiven Sensoren aufweisen. Die Empfindlichkeitseinstellungen aller Ultraschallsensoren beziehungsweise aller kapazitiven Sensoren erfolgt dann jeweils auf dieselbe Weise.

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

1: Schematische Seitenansicht eines Ausschnitts einer bogenverarbeitenden Maschine mit der daran angeordneten Vorrichtung zur Kontrolle von Bögen.

2: Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß 1.

3: Schwellwerte zur Bewertung des Ausgangssignals des Ultraschallsensors der Vorrichtung gemäß 2.

1 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer bogenverarbeitenden Maschine 1. Die bogenverarbeitende Maschine 1 ist im vorliegenden Fall von einer Druckmaschine, beispielsweise einer Rotationsdruckmaschine gebildet.

Bei derartigen Druckmaschinen werden Bögen 2 einzeln von einem Stapel abgezogen und mittels Fördereinrichtungen in der Druckmaschine Druckwerken zugeführt. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Anlegtisches 3 am Einlauf einer solchen Druckmaschine. Die Bögen 2 werden in einer vorgegebenen Schuppung und mit einer vorgegebenen Förderrichtung V über den Anlegetisch 3 gefördert. Während des Betriebs der Druckmaschine liegen die Bögen 2 im fehlerfreien Fall wie in 1 dargestellt einzeln auf dem Anlegetisch 3 und überlappen sich nur in den Randbereichen. Im Fehlerfall können mehrere, insbesondere zwei Bögen 2 übereinander liegen. Derartige Mehrfachbögen müssen frühzeitig erkannt werden, da diese bei der späteren Bedruckung zu Qualitätsverlusten im Druck oder sogar zu Beschädigung der Druckmaschine führen können. Des Weiteren können durch eine fehlerhafte Förderung der Bögen 2 Fehlbögen auftreten, die ebenfalls erkannt werden müssen.

Zur Unterscheidung von Einfach-, Fehl- und Mehrfachbögen ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung 4 mit einer Anordnung von Sensoren vorgesehen.

Die Komponenten der Vorrichtung 4 sind in zwei Gehäusen 5a, b integriert, wobei ein erstes Gehäuse 5a oberhalb und ein zweites Gehäuse 5b unterhalb der Bögen 2 angeordnet ist.

2 zeigt detailliert den Aufbau der Vorrichtung 4 gemäß 1. Die Vorrichtung 4 umfasst als Sensoren zur Detektion der Bögen 2 einen Ultraschallsensor 6 mit einem Ultraschallsender 6a und einem Ultraschallempfänger 6b sowie einen kapazitiven Sensor 7 mit einer Elektrode 7a und einer Gegenelektrode 7b. Die beiden Sensorelemente der beiden Sensoren 7 liegen dabei jeweils, wie aus 2 ersichtlich, beidseits der zu detektierenden Bögen, wobei in 2 ein Einfachbogen dargestellt ist.

Die Ansteuerung der Sensoren 7 sowie die Auswertung deren Ausgangssignale erfolgt in einer Auswerteeinheit 8, welche von einem Mikroprozessor gebildet ist.

Bei dem kapazitiven Sensor 7 ist die Elektrode 7a oberhalb der Bögen 2 und die Gegenelektrode 7b unterhalb der Bögen 2 angeordnet. Je nach Anzahl der Bögen 2 im Zwischenraum zwischen der Elektrode 7a und der Gegenelektrode 7b variiert die Kapazität zwischen Elektrode 7a und Gegenelektrode 7b und führt somit zu entsprechenden Änderungen der Amplituden der Ausgangssignale des kapazitiven Sensors 7.

Die im kapazitiven Sensor 7 generierten Ausgangssignale werden mittels eines Verstärkers 9 verstärkt.

Anhand dieser Ausgangssignale erfolgt in der Auswerteeinheit 8 eine Unterscheidung von Einfach- und Mehrfachbögen. Hierzu erfolgt in der Auswerteeinheit 8 eine Schwellwertbewertung der Ausgangssignale. Dabei liegt das Ausgangssignal bei einer Einfachbogendetektion unterhalb eines Schwellwertes S_K und bei einer Doppelbogendetektion oberhalb des Schwellwerts S_K.

Zur Empfindlichkeitseinstellung des kapazitiven Sensors 7 wird während eines Abgleichvorgangs vor Aufnahme des Arbeitsbetriebs der Vorrichtung 4 die Verstärkung der Ausgangssignale über die Auswerteeinheit 8 als Stelleinheit eingestellt. Die Verstärkungseinstellung erfolgt durch die Auswerteeinheit 8 während der Detektion eines Gutbogen, das heißt einem dem fehlerfreien Fall entsprechenden Einfachbogen, wobei dieser Einfachbogen hinsichtlich seiner Materialbeschaffenheit den während des Arbeitsbetriebs zu erfassenden Bögen 2 entspricht.

Der Ultraschallsender 6a des Ultraschallsensors 6 ist als Ultraschallgeber ausgebildet, der gerichtete Ultraschallwellen 6c emittiert. Wie aus 2 ersichtlich, ist die Strahlachse des Ultraschallsenders 6a geneigt zur Oberfläche der Bögen 2, so dass die Ultraschallwellen 6c in einem Neigungswinkel auf die Bögen 2 auftreffen. Der Ultraschallempfänger 12, dessen Achse entsprechend geneigt ist, empfängt den die Bögen 2 durchsetzenden Teil der Ultraschallwellen 6c.

Dem Ultraschallsender 6a ist ein Frequenzgenerator 10 zur Erzeugung von Ultraschallwellen 6c einer bestimmten Frequenz im Ultraschallsender 6a zugeordnet. Zudem ist dem Ultraschallsender 6a ein Verstärker 11a zugeordnet. Weiterhin ist dem Ultraschallempfänger 6b ein Verstärker 11b zur Verstärkung der in die Auswerteeinheit 8 einzulesenden Ausgangssignale des Ultraschallempfängers 6b nachgeordnet.

Zur Unterscheidung von Doppel- und Einfachbögen werden die Ausgangssignale des Ultraschallempfängers 6b in der Auswerteeinheit 8 mit einem Schwellwert S bewertet. Dabei liegt das Ausgangssignal des Ultraschallempfängers 6b bei einer Einfachbogendetektion oberhalb eines Schwellwerts S und bei einer Doppelbogendetektion unterhalb des Schwellwerts S.

Zur Empfindlichkeitseinstellung des Ultraschallsensors 6 ist in der Auswerteeinheit 8 eine Regeleinheit integriert. Die Regeleinheit führt dabei eine Regelung der Ausgangssignale des Ultraschallempfängers 6b auf einen Sollwert S1 durch. Hierzu wird von der Regeleinheit wahlweise über eine Zuleitung des Ultraschallsenders 6a oder über eine Zuleitung 12b der Verstärker 11a zur Einstellung der Sendeleistung des Ultraschallsenders 6a oder über eine Zuleitung 12b der Verstärker 11b zur Einstellung der Empfangssingalverstärkung, das heißt der Verstärkung des Ausgangssignals am Ausgang des Ultraschallempfängers 6b angesteuert.

Der Regelvorgang erfolgt generell bei der Detektion eines Gutbogens, das heißt bei der Detektion eines Einzelbogens. Im einfachsten Fall erfolgt die Regelung während des Abgleichvorgangs. In diesem Fall wird mit der Regelung nur während des Abgleichvorgangs eine Einstellung des verstärkten Ausgangssignals des Ultraschallempfängers 6b auf den Sollwert S1 vorgenommen, wobei diese Einstellung dann während des darauf folgenden Arbeitsbetriebs beibehalten wird. Besonders vorteilhaft erfolgt jedoch die Regelung auch während des Arbeitsbetriebs der Vorrichtung 4.

3 zeigt ein Spannungsdiagramm für den Ultraschallsensor 6 gemäß 2. Wie aus 3 ersichtlich, kann die Spannung U am Ausgang des Verstärkers 11b in einem Spannungsbereich zwischen einer minimalen Spannung U_min und einer maximalen Spannung U_max variieren. Der Schwellwert S zur Unterscheidung von Doppel- und Einfachbögen liegt unterhalb des Sollwerts S1, da dieser Sollwert S1 dem idealen, einzustellenden Wert des Ausgangssignals des Ultraschallempfängers 6b bei der Detektion eines Einzelbogens entspricht. Der Sollwert S1 liegt innerhalb eines Hysteresebereichs, der durch einen oberen Grenzwert G2 und einen unteren Grenzwert G1 begrenzt ist. Der Hysteresebereich definiert einen Toleranzbereich für den Sollwert S1, wobei die Breite des Hysteresebereichs signifikant kleiner ist als der Abstand des Sollwerts S1 zum Schwellwert.

Die Regelung in der Regeleinheit erfolgt derart, dass die Sendeleistung des Ultraschallsenders 6a oder die Empfangssignalverstärkung des Ultraschallempfängers 6b entsprechend geändert wird, solange die Spannung U, das heißt das aktuelle verstärkte Ausgangssignal des Ultraschallempfängers 6b, welches in die Regeleinheit eingelesen wird, außerhalb des Hysteresebereichs liegt. Sobald das Ausgangssignal U jedoch innerhalb des Hysteresebereichs liegt, erfolgen keine Regelungsvorgänge mehr, da dann das Ausgangssignal U hinreichend mit dem Sollwert S1 übereinstimmt.

Der Sollwert S1, die den Hysteresebereich definierenden Grenzwerte G1, G2 sowie weitere Regelparameter wie Zeitkonstanten der Regelung oder die Anzahl der Einzelmessungen der aktuellen Ausgangssignale U, die gemittelt werden um so eine Istgröße für die Regeleinheit bereitzustellen, können als fest vorgegebene Werte in der Regeleinheit abgespeichert sein. Alternativ können diese Werte als einlesbare Parameter über eine Schnittstelle in die Regeleinheit eingelesen werden und dann applikationsspezifisch gewählt werden.

In Abhängigkeit der Signalauswertungen für den Ultraschallsensor 6 und den kapazitiven Sensor 7 wird in der Auswerteeinheit 8 ein Bogenfeststellungssignal generiert. Im vorliegenden Fall ist das Bogenfeststellungssignal als digitales Signal ausgebildet, dessen Signalzustände angeben, ob ein Einfach- oder Doppelbogen vorliegt.

Im einfachsten Fall werden nur die Signale des Ultraschallsensors 6 oder des kapazitiven Sensors 7 zur Generierung des Bogenfeststellungssignals herangezogen. In diesem Fall wird bereits allein mit der Schwellwertbewertung der Ausgangssignale des Ultraschallsensors 6 oder des kapazitiven Sensors 7 das Bogenfeststellungssignal generiert.

Alternativ können die Ausgangssignale des Ultraschallsensors 6 und des kapazitiven Sensors 7 zur Generierung des Bogenfeststellungssignals herangezogen werden.

Vorzugsweise werden dann die jeweils durch eine Schwellwertbewertung im Ultraschallsensor 6 und im kapazitiven Sensor 7 erhaltenen Ausgangssignale in der Auswerteeinheit 8 logisch verknüpft, um das Bogenfeststellungssignal zu erhalten. Besonders vorteilhaft erfolgt eine UND- oder eine ODER-Verknüpfung dieser Signale.

Die Festlegung, ob nur der Ultraschallsensor 6 oder der kapazitive Sensor 7 oder ob beide Sensoren zur Generierung des Bogenfeststellungssignal verwendet werden, kann als Parameterwert in die Vorrichtung 4 eingegeben oder dort abgespeichert sein, wobei diese Auswahl bevorzugt spezifisch für unterschiedliche zu detektierende Bogenmaterialien festgelegt wird.

Alternativ kann diese Auswahl während des Abgleichvorgangs erfolgen. Dabei erfolgt die Auswahl vorzugsweise anhand der Detektion eines Gutbogens, das heißt eines Einfachbogens. In Abhängigkeit der dabei erhaltenen Messwerte erfolgt in der Auswerteeinheit 8 die Festlegung, ob nur einer der Sensoren oder beide Sensoren zur Generierung des Bogenfeststellungssignals herangezogen werden.

1

Maschine

2

Bogen

3

Anlegetisch

4

Vorrichtung

5a

Gehäuse

5b

Gehäuse

6

Ultraschallsensor

6a

Ultraschallsender

6b

Ultraschallempfänger

6c

Ultraschallwelle

7

kapazitiver Sensor

7a

Elektrode

7b

Gegenelektrode

8

Auswerteeinheit

9

Verstärker

10

Frequenzgenerator

11

Ultraschallgeber

11a

Verstärker

11b

Verstärker

12

Ultraschallempfänger

12a

Zuleitung

12b

Zuleitung

13

Elektrode

14

Gegenelektrode

15

Busleitung

16

Rechnereinheit

17

Eingang

18

Ausgang

19

Ausgang

20

Anzeigevorrichtung