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
SK und bei einer Doppelbogendetektion oberhalb des Schwellwerts SK.
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 Umin und einer
maximalen Spannung Umax 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