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EP0849608A2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Lage des Randes eines laufenden Bandes - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung der Lage des Randes eines laufenden Bandes Download PDF

Info

Publication number
EP0849608A2
EP0849608A2 EP97120897A EP97120897A EP0849608A2 EP 0849608 A2 EP0849608 A2 EP 0849608A2 EP 97120897 A EP97120897 A EP 97120897A EP 97120897 A EP97120897 A EP 97120897A EP 0849608 A2 EP0849608 A2 EP 0849608A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiation
mirror
receiver
edge
retroreflector
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97120897A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0849608A3 (de
Inventor
Thomas Dipl.-Ing. Sauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fife GmbH
Original Assignee
Fife GmbH
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fife GmbH filed Critical Fife GmbH
Publication of EP0849608A2 publication Critical patent/EP0849608A2/de
Publication of EP0849608A3 publication Critical patent/EP0849608A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/02—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs transversely
    • B65H23/0204—Sensing transverse register of web
    • B65H23/0216—Sensing transverse register of web with an element utilising photoelectric effect

Definitions

  • the present invention relates to tracking the position of a running belt through monitoring the location of one or both edges of this tape.
  • the Invention is based on a device according to the preamble of claim 1, which is known from U.S. Patent 4,788,441.
  • U.S. Patent 4,788,441 In this known training determined a position date from each band edge, namely the angle at which the scanning beam from the retroreflector to the tape material or from Tape material passes to the retroreflector. Out of this essentially results in the lateral offset of the current Band.
  • US Pat. No. 5,354,992 relates to a device the signals from the band edge detectors, e.g. Cameras, in case of inclination of the Band be corrected, however, for identification This inclination requires another measuring device is.
  • the band edge detectors e.g. Cameras
  • the object of the present invention is to create a device that allows, in proportion simple construction and operation of both the side and the altitude, i.e. the spatial location of at least one Track band edge.
  • the solution to the problem is in the claim 1 specified.
  • the two obtained from a band edge Position data are angular coordinates of two of different ones Place outgoing beacons in their Intersection is the band edge and the light if necessary in Cartesian coordinates or in any other system suitable for controlling the belt can be implemented.
  • a tape 1 is drawn off from a roll A in order to Processing station B, e.g. a printing unit, a processing or to be subjected to treatment before it is rewound on a reel C.
  • Processing station B e.g. a printing unit, a processing or to be subjected to treatment before it is rewound on a reel C.
  • Processing station B e.g. a printing unit, a processing or to be subjected to treatment before it is rewound on a reel C.
  • Processing station B provided a rotating frame 2
  • a scanning device 3 is detected.
  • a retroreflector 4 is arranged behind the running belt.
  • the scanning device 3 consists of a scanning device 3 Housing 3 'with a window 36 through which the scanning Boresight the observation field with the retroreflector 4 and coat the tape edge in front of this.
  • the running direction of the belt not shown here runs at right angles to the drawing plane, i.e. in these in or out of it.
  • a constant Speed rotating polygon mirror wheel 18 stored with eight flat mirror facets.
  • a laser diode 5 generates a beam 6, e.g. one Beam of light in the visible range from a cylindrical lens 7 is expanded into a fan beam 8, where the plane intersects the drawing plane at right angles, that is, the running direction of the belt.
  • This Fan beam 8 is emitted by a radiation splitter 9 (50% mirror) split into two partial beams 10 and 11.
  • the partial beam 11 is split again by a radiation splitter 13, one part being unnecessary for the function as a residual beam 14 and swallowed by an absorber 35, and the other part falling onto the mirror wheel 18 via a mirror 16 as a first beam.
  • the point where it strikes the mirror wheel and is thrown back is referred to as the throw-back point R 1 , which dances slightly back and forth along the incoming direction finding beam when the mirror is rotating.
  • the reflected beam begins at the transition of the discard point R 1 from one mirror facet to the next, a new scanning swivel from right to left. In doing so, shortly before falling out of the window 36, it hits a scan start detector 17.
  • the sighting beam 15 falls on the retroreflector 4 after reaching the window, it is reflected back by it as the first retroreflective beam 24 in the same direction and, in view of the high speed of light and the negligible scanning speed of the mirror wheel 18, falls on the discarding point R 1 and the mirror 16 the underside of the radiation divider 13, through which a part 25 passes and has no meaning and another part as a reflex part 26 acts on a first receiver 28 via a filter 27 which only allows the wavelength of the laser radiation used.
  • the partial beam 10 is reflected downward by a mirror 12 and similarly passes through a second radiation splitter 19 as a second directional beam 21, the residual beam 20 arising here being swallowed by an absorber 34.
  • the second directional beam acts on the rotating mirror 18 at a second discard point R 2 , which is at a distance from the first discard point R 1 , via a mirror 22 and sweeps the observation field, the second retroreflecting beam 29 which is produced when the retroreflector 4 is acted upon, practically without delay via the Discarding point R 2 , the mirror 22 and the radiation splitter 19 acted on a second receiver 33 as a reflex part 31 by a filter 32.
  • the passage part 30 has no meaning.
  • a second embodiment of the scanning device 3 are two similar or different Radiation sources 5, 37 for generating the two bearing beams 15, 21 provided, the second directional beam 21 from its own cylindrical lens 39 to a fan beam 40 is expanded. Otherwise makes a difference this training only through the spatial arrangement of the components, while the function and mode of operation is the same and same components same Have reference numerals as in Fig. 2. In this second Form of training can have higher radiation intensities be realized and there will be different mirrors and radiation splitter saved. In addition, there is Possibility by choosing different wavelengths of the two laser sources is from the two directional beams clearly separate generated impulses.
  • the third embodiment shown in Fig. 4 differs from that according to FIG. 2 in that it only has a receiver 28 with an upstream filter 27.
  • the fourth embodiment shown in FIG. 5 differs from that of FIG. 4 in that also the light modulators and the rotating mirror are still missing 18 'with flat mirror facets, between which non-reflective distances remain.
  • the facets in bold are supposed to be those that are mirrored while the others do not reflect. This also creates gaps in time between the scanning strokes of the observation field by a bearing beam and the scans of the two Beacons are intermittent at different times.
  • Another possibility, not shown in the drawing is to have one with two laser radiation sources Device to alternately key them out, so that the signal pulses are clearly separated in this way and can be assigned.
  • the Comparison of the pulse trains over a complete turn of the rotating mirror the currently active mirror facet i.e. the angular position of the rotating mirror can be identified.
  • the training according to FIG. 6 can be used for this purpose a mirror wheel 18 with three mirror facets two equal sized larger non-reflective distances and has a smaller non-reflective distance. The short characteristic of this distance The beam is interrupted only once per revolution and indicates the rotational position of the rotating mirror, so that it is used as a synchronization signal for pulse train comparison can serve.
  • Fig. 7 is a radiation-opaque tape 1 in two positions Pos.a and Pos.b shown.
  • the first directional beam 15 produces signals S 17 which serve as reference pulses for the time interval measurements of the scanning process.
  • the period between the scanning processes has the duration t o ⁇ t 1 , however, the remaining signal curves are only shown for one process in order not to overload the figure.
  • the first sighting beam comes into the layer 43 shown in narrow dotted lines, it emerges from the housing window and falls onto the retroreflector. This happens at time t 3 and its retroreflective beam acts on the first receiver 28 and this generates the signal S 28 .
  • the first directional beam reaches position 47, drawn as a two-dot line, in which it reaches the edge of band 1, both in its position a and in position b. As a result, the first sighting beam no longer reaches the retroreflector and the signal S 28 disappears at time t 4 .
  • the first direction finding beam would be retroreflected until the left window edge was reached in the narrowly dotted position 44 at time t 8 and the signal S 28 would continue until this time, which is indicated in dashed lines in the diagrams.
  • the second direction finding beam 21 falls out of the housing window for the first time in the wide-dotted position 45 at the time t 5 and reaches the edge of the band 1 in its position a at the time t 6 .
  • His retroreflective beam 29 thus generates the signal S 33 Pos.a. If the band were not present, the signal would be generated up to time t 9 , at which the second sighting beam reaches the left window edge in the position 46 shown in a dotted line.
  • the band 1 When the band 1 is in the position b, it only shadows the retroreflector 4 from the second directional beam in its position 49 shown in broken lines, which is reached at time t 7 . In this case, the signal S 33 continues until this time.
  • Fig. 8 it is shown how two different band edge positions affect the pulse sequences if the band 1 with its edge at the same height (distance from the retroreflector 4) more (Pos.b) or less (Pos.a) in the field of observation Scanning device protrudes.
  • the leading edges of the signals S 28 and S 33 occur again at the same times t 3 and t 5 .
  • the same considerations can be made with regard to FIG. 9, where the two edge positions a and b are both at different heights and at different lateral immersion depths in the observation field.
  • the spatial position of the edge in position b is defined by the beam positions 52 and 53, which in turn clearly result from the times t 12 and t 13 .
  • Fig. 10 still shows the waveforms that result when the tape edges are in the positions shown in Fig. 7 and the tape material is not completely opaque is.
  • the transition of the beam to the The belt surface then does not lead to complete elimination of the retroreflective beam and drop in the signal level to zero, but only to darken the retroreflective beam and a drop in the signal to one corresponding darkening value.
  • setting the response threshold is recommended the evaluation circuit connected to the receivers 28, 33 to a midpoint between the full Signal lift and the darkening level, which means known Techniques can happen automatically.
  • FIG. 11 shows the signal curves in the configuration of the scanning device according to FIG. 5, that is to say with spaced mirror facets of the mirror wheel 18 ′, which manages with only one receiver 28 because of the temporal separation of the first and second retroreflective beams.
  • the one receiver 28 delivers the signals of the first retroreflective beam t 3 ⁇ t 4 (beam positions 43 ⁇ 47) and the signals of the second retroreflective beam t 5 ⁇ t 6 (corresponding to the second position data of the band edge position a) the beam positions 45 ⁇ 48, which are hidden in the rotating mirror position shown, but can be seen in FIG. 7), or the signals t 5 ⁇ t 7 (beam positions 45 ⁇ 49 in FIG. 7) providing the second position data of the band edge position b, so that the clear assignment during further processing is possible.
  • the time spans between the scanning start pulse t o serving as reference impulse and the leading edges of the retroreflective beams at times t 3 and t 5 are a device constant and the position data are obtained from the time spans t o ⁇ t 4 and t o ⁇ t 6 (item a) or t o ⁇ t 7 (item b).
  • the leading edge for example of the first retroreflective pulse
  • the leading edge for example of the first retroreflective pulse
  • the geometry of the scanning device is such that the scanning pivoting of the first directional beam 15 begins so far to the right that the mirror 16 is already hit, ie in a rotating position of the rotating mirror 18 that arrives at the discard point R 1
  • Direction-finding beam 15 strikes a mirror facet located at right angles to it, so that it is thrown back into itself and generates a marking pulse from the first receiver 28. This too can then be used as a reference pulse for the start of the scan and makes a special detector 17 unnecessary.
  • Fig. 12 shows an embodiment in which in addition to 1 according to the arrangement with the rotating frame 2 via a boom 54 rigidly connected in the scanning direction short rotating frame retroreflector 55 in front of band 1 is present, at a point where it is certain always tape 1 will run and none Time can be reached from a band edge that however still in the observation area of the scanning device 3 lies. Then from the rotating frame retroreflector 55 received a retroreflective pulse that the rotational position of the Rotating frame 2 defined.
  • the rotating frame is the actuator of the control loop of the strip guiding system and such Rotation position pulse can be used to align the rotating frame be used in its centering position, in which rolls parallel to the other rolls of the station and the coils A and B are oriented.
  • the beam is the front edge of the band as described, characterized by the rear Flanks the pulses while the other band edge is defined by the leading edges of second retroreflective pulses, that are generated when the beacon again towards the end of its scan Band hits the retroreflector behind.

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Bestimmung der räumlichen Lage wenigstens eines Randes eines laufenden Bandes hat einen mit Spiegelfacetten besetzten Drehspiegel 18, auf den an voneinander beabstandeten Rückwurfstellen R1, R2 auftreffende Peilstrahlen 15, 21 gerichtet sind. Die rückgeworfenen Peilstrahlen bestreichen das Beobachtungsfeld, in dem das Band vor einem Retroreflektor 4 läuft. Solange die Peilstrahlen auf den Retroreflektor fallen, werden sie retroreflektiert und von einem Empfänger 28, 33 erfaßt, dessen Signal endet, wenn der jeweilige Peilstrahl vom Retroreflektor auf den Rand des Bandes übergeht. Damit sind die Impulsrückflanken eindeutig mit der Winkellage jedes Peilstrahls beim Erfassen des Bandrandes verknüpft und die Auswerteschaltung kann aus diesen beiden Peilstrahllagen die räumliche Lage des Bandrandes ermitteln. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verfolgung der Lage eines laufenden Bandes durch Überwachung der Lage eines oder beider Ränder dieses Bandes. Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung gemaß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welche bekannt ist aus US-PS 4 788 441. Bei dieser bekannten Ausbildung wird von jedem Bandrand ein Positionsdatum ermittelt, nämlich der Winkel, unter dem der abtastende Peilstrahl vom Retroreflektor auf das Bandmaterial übergeht oder vom Bandmaterial auf den Retroreflektor übergeht. Hieraus ergibt sich im wesentlichen der Seitenversatz des laufenden Bandes.
Ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Seitenversatz des laufenden Bandes und dem vorstehend genannten Positionsdatum ist jedoch nur gegeben bei gleichbleibender Höhenlage des Bandrandes bzw. Abstand desselben von der Abtastvorrichtung. Hiermit ist nicht immer zu rechnen, insbesondere nicht bei Verwendung eines Drehrahmens zur Richtungssteuerung des Bandes, da dessen Schwenkbewegungen typischerweise entsprechende Querneigungen des Bandes zur Folge haben. In diesen Fällen ist es für die Qualität der Bandlaufregelung von Bedeutung, die Raumlage, d.h. die Seiten- und die Höhenlage des überwachten Bandrandes zu verfolgen.
US-PS 5 354 992 hat eine Vorrichtung zum Gegenstand, bei der die Signale von die Bandränder verfolgenden Detektoren, z.B. Kameras, im Falle einer Schrägstellung des Bandes korrigiert werden, wobei jedoch zur Ermittlung dieser Schrägstellung eine weitere Meßeinrichtung erforderlich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, die es gestattet, bei verhältnismäßig einfachem Aufbau und Betrieb sowohl die Seiten- als auch die Höhenlage, also die räumliche Lage wenigstens eines Bandrandes zu verfolgen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Die beiden von einem Bandrand erhaltenen Positionsdaten sind Winkelkoordinaten zweier von verschiedenen Stellen ausgehenden Peilstrahlen, in deren Schnittpunkt sich der Bandrand befindet und die leicht bei Bedarf in kartesische Koordinaten oder in ein beliebiges anderes, zur Steuerung des Bandes geeignetes System umgesetzt werden können.
An sich ist aus der genannten US-PS 4 788 441 auch die Bestimmung der räumlichen Lage eines Objekts mittels zweier von verschiedenen Stellen ausgehender Peilstrahlen bekannt; hier geht es jedoch nicht um die Verfolgung eines laufenden Bandes, sondern um die Bestimmung von Lage oder Abmessung des Objekts in einer das Objekt umgebenden Box, wobei zwei Drehspiegelanordnungen notwendig sind. Damit ist diese Ausbildung apparativ und bezüglich der Justierung der Komponenten und der Signalauswertung recht aufwendig. Dadurch, daß beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung nur ein Drehspiegel zur Erzeugung einer Mehrzahl von Peilstrahlen Verwendung findet, ist die Anordnung auch fehlertoleranter gegenüber Schwankungen der Spiegeldrehzahl.
Weitere Erfindungsmerkmale sind in den Unteransprüchen angegeben. Die in Anspruch 2 vorgeschlagene Auskopplung des retroreflektierten Strahls und Beaufschlagung des zugehörigen Empfängers mittels eines Strahlungsteilers ist an sich aus US-PS 4 523 093 bekannt. Auch hier geht es jedoch nur um die Gewinnung eindimensionaler Daten, und zwar beim Lesen von Strichcodes.
Die gemäß Anspruch 4 vorgeschlagene Aufweitung des Laserstrahls zu einem Fächerstrahl mittels einer Zylinderlinse bewirkt eine Mittelung von Inhomogenitäten über die Breite des Retroreflektors, sodaß sich eng begrenzte lokale Schwankungen der Reflexionseigenschaften nicht auswirken. Lokale Inhomogenitäten sind z.B. dort gegeben, wo die Tripelreflektoren zusammenstoßen.
Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
die Gesamtansicht einer Bandlaufsteuervorrichtung mit einer Abtastvorrichtung zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Bandrandes;
Fig. 2
eine schematische Darstellung der Abtastvorrichtung in einer ersten Ausbildungsform;
Fig. 3
eine schematische Darstellung der Abtastvorrichtung in einer zweiten Ausbildungsform;
Fig. 4
eine schematische Darstellung der Abtastvorrichtung in einer dritten Ausbildungsform;
Fig. 5
eine schematische Darstellung der Abtastvorrichtung in einer vierten Ausbildungsform;
Fig. 6
eine schematische Darstellung der Abtastvorrichtung in einer fünften Ausbildungsform;
Fig. 7
schematisch eine Abtastvorrichtung und die von ihr erhaltenen Signalimpulse bei einer bestimmten Auswanderung des überwachten Bandrandes;
Fig. 8
die Darstellung gemäß Fig. 7 bei einer anderen Auswanderung des Bandrandes;
Fig. 9
die Darstellung gemäß Fig. 7 bei noch einer anderen Auswanderung des Bandrandes;
Fig. 10
die Darstellung gemäß Fig. 7 bei einem nicht vollständig undurchsichtigem Bandmaterial;
Fig. 11
schematisch eine Abtastvorrichtung mit einem Spiegelrad, dessen Spiegelfacetten Abstände voneinander aufweisen, und die von dieser erhaltenen Signalimpulse;
Fig. 12
die Gesamtansicht einer Bandlaufsteuervorrichtung gemäß Fig. 1 mit einem Zusatzbauteil zur Bestimmung der Winkelstellung des steuernden Drehrahmens.
Ein Band 1 wird von einem Wickel A abgezogen, um in eine Bearbeitungsstation B, z.B. einem Druckwerk, einer Bearbeitung oder Behandlung unterworfen zu werden, bevor es auf einen Wickel C wieder aufgewickelt wird. Zur präzisen Regelung der Seitenlage des Bandes ist vor der Bearbeitungsstation B ein Drehrahmen 2 vorgesehen, der das Stellglied des Regelkreises darstellt und dessen Schwenkungen die Laufrichtung steuern. Zur Gewinnung des Ansteuerungssignals für den Schwenkantrieb des Drehrahmens wird die räumliche Lage eines der Bandränder und damit die Abweichung von der Sollage des Bandes durch eine Abtastvorrichtung 3 erfaßt. In deren Abtastbereich ist hinter dem laufenden Band ein Retroreflektor 4 angeordnet.
Die Abtastvorrichtung 3 gemäß Fig. 2 besteht aus einem Gehäuse 3' mit einem Fenster 36, durch das die abtastenden Peilstrahlen das Beobachtungsfeld mit dem Retroreflektor 4 und dem vor diesem laufenden Bandrand bestreichen. Die Laufrichtung des hier nicht gezeigten Bandes verläuft rechtwinklig zur Zeichenebene, d.h. in diese hinein oder aus ihr heraus. Im Zentrum ist ein mit konstanter Geschwindigkeit drehantreibbares Polygonspiegelrad 18 mit acht ebenen Spiegelfacetten gelagert.
Eine Laserdiode 5 erzeugt einen Strahl 6, z.B. einen Lichtstrahl im sichtbaren Bereich, der von einer Zylinderlinse 7 zu einem Fächerstrahl 8 aufgeweitet wird, wobei dessen Ebene die Zeichenebene rechtwinklig schneidet, also die Laufrichtung des Bandes enthält. Dieser Fächerstrahl 8 wird von einem Strahlungsteiler 9 (50%-Spiegel) in zwei Teilstrahlen 10 und 11 aufgespalten.
Der Teilstrahl 11 wird von einem Strahlungsteiler 13 nochmals aufgespalten, wobei ein Teil als Reststrahl 14 für die Funktion entbehrlich ist und von einem Absorber 35 verschluckt wird, und der andere Teil als erster Peilstrahl 15 über einen Spiegel 16 auf das Spiegelrad 18 fällt. Die Stelle, wo er auf das Spiegelrad auftrifft und zurückgeworfen wird, ist als Rückwurfstelle R1 bezeichnet, welche bei drehendem Spiegel geringfügig längs des ankommenden Peilstrahls hin und her tanzt.
Beim eingezeichneten Drehsinn des Spiegelrades 18 beginnt der reflektierte Strahl beim Übergang der Rückwurfstelle R1 von einer Spiegelfacette auf die nachfolgende eine neue Abtastschwenkung von rechts nach links. Dabei trifft er, kurz bevor er durch das Fenster 36 nach außen fällt, einen Abtastanfangdetektor 17.
Sobald der Peilstrahl 15 nach Erreichen des Fensters auf den Retroreflektor 4 fällt, wird er von diesem als erster Retroreflexstrahl 24 in gleicher Richtung zurückgeworfen und fällt angesichts der hohen Lichtgeschwindigkeit und der demgegenüber vernachlässigbaren Abtastgeschwindigkeit des Spiegelrades 18 über die Rückwurfstelle R1 und den Spiegel 16 auf die Unterseite des Strahlungsteilers 13, durch den ein Teil 25 durchgeht und keine Bedeutung hat und ein anderer Teil als Reflexteil 26 über einen Filter 27, der nur die Wellenlänge der verwendeten Laserstrahlung durchläßt, einen ersten Empfänger 28 beaufschlagt.
Der Teilstrahl 10 wird von einem Spiegel 12 nach unten reflektiert und tritt in ähnlicher Weise durch einen zweiten Strahlungsteiler 19 als zweiter Peilstrahl 21 durch, wobei der hier entstehende Reststrahl 20 von einem Absorber 34 verschluckt wird. Der zweite Peilstrahl beaufschlagt über einen Spiegel 22 den Drehspiegel 18 an einer zweiten Rückwurfstelle R2, die in einem Abstand von der ersten Rückwurfstelle R1 liegt, und bestreicht das Beobachtungsfeld, wobei der bei Beaufschlagung des Retroreflektors 4 entstehende zweite Retroreflexstrahl 29 praktisch verzögerungsfrei über die Rückwurfstelle R2, den Spiegel 22 und den Strahlungsteiler 19 als Reflexteil 31 durch einen Filter 32 einen zweiten Empfänger 33 beaufschlagt. Der Durchgangsteil 30 hat keine Bedeutung.
In einer zweiten Ausführungsform der Abtastvorrichtung gemäß Fig. 3 sind zwei gleichartige oder verschiedene Strahlungsquellen 5, 37 zur Erzeugung der beiden Peilstrahlen 15, 21 vorgesehen, wobei der zweite Peilstrahl 21 von einer eigenen Zylinderlinse 39 zu einem Fächerstrahl 40 aufgeweitet wird. Im übrigen unterscheidet sich diese Ausbildung nur noch durch die räumliche Anordnung der Bauteile, während die Funktion und die Wirkungsweise die gleiche ist und gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 2 haben. Bei dieser zweiten Ausbildungsform können höhere Strahlungsintensitäten verwirklicht werden und es werden verschiedene Spiegel und Strahlungsteiler eingespart. Außerdem besteht die Möglichkeit, durch die Wahl verschiedener Wellenlängen der beiden Laserquellen die von den beiden Peilstrahlen erzeugten Impulse eindeutig zu trennen.
Die in Fig. 4 gezeigte dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 dadurch, daß sie nur einen Empfänger 28 mit vorgeschaltetem Filter 27 aufweist. An sich ist es möglich, die Geometrie der Anordnung, insbesondere die Winkel, unter denen der Drehspiegel von den Peilstrahlen 15, 21 getroffen wird, so zu gestalten, daß die Retroreflexstrahlen 24 und 29 zeitlich aufeinanderfolgend und dadurch trennbar den Bandrand abtasten. Wenn dies jedoch schwierig ist, so können im Strahlengang Lichtmodulatoren 41, 42 vorgesehen werden, welche steuerbare LCD-Elemente darstellen, die bei Anlegen einer Steuerspannung lichtdurchlässig werden. Diese werden abwechselnd angesteuert, sodaß eindeutig festgelegt ist, ob die Signale des Empfängers 28 vom ersten oder vom zweiten Peilstrahl stammen.
Die in Fig. 5 gezeigte vierte Ausbildungsform unterscheidet sich von der gemäß Fig. 4 dadurch, daß auch noch die Lichtmodulatoren fehlen und dafür der Drehspiegel 18' mit ebenen Spiegelfacetten besetzt ist, zwischen welchen nichtreflektierende Abstände verbleiben. Die fett gezeichneten Facetten sollen diejenigen sein, die verspiegelt sind, während die anderen nicht reflektieren. Auch auf diese Weise entstehen zeitliche Lücken zwischen den Abtastbestreichungen des Beobachtungsfeldes durch einen Peilstrahl und die Abtastungen der beiden Peilstrahlen erfolgen zeitlich versetzt intermittierend.
Eine weitere, zeichnerisch nicht dargestellte Möglichkeit ist es, bei einer zwei Laserstrahlungsquellen aufweisenden Vorrichtung diese wechselweise auszutasten, sodaß auf diese Weise die Signalimpulse eindeutig getrennt und zugeordnet werden können.
Die nachfolgend anhand von Fig. 7 bis 11 im einzelnen beschriebenen, von den Empfängern erzeugten Signalimpulsfolgen sind idealisiert mit senkrechter Vorder- und Rückflanke sowie mit konstantem Pegel dargestellt. Sind solche Verhältnisse nicht in ausreichendem Maße gegeben, so können bekannte Techniken zur Aufbereitung der Signale verwendet werden, bis hin zur Speicherung von aus Testläufen ohne Band gewonnenen Vergleichsimpulsfolgen, mit denen dann die im Betrieb auftretenden Impulsfolgen verglichen werden, wobei sich die Zeitpunkte des Auftretens der Flanken aus dem Vergleich ergeben.
Wenn die letztere Technik angewendet wird, muß für den Vergleich der Impulsfolgen über eine vollständige Drehspiegelumdrehung die jeweils aktive Spiegelfacette, d.h. die Winkellage des Drehspiegels identifizierbar sein. Hierzu kann die Ausbildung gemäß Fig. 6 dienen, bei der ein mit drei Spiegelfacetten besetztes Spiegelrad 18 zwei gleichgroße größere nichtreflektierende Abstände und einen kleineren nichtreflektierenden Abstand aufweist. Die für diesen Abstand charakteristische kurze Unterbrechung der Peilstrahlen tritt nur einmal pro Umdrehung auf und kennzeichnet die Drehlage des Drehspiegels, sodaß sie als Synchronisiersignal für den Impulsfolgenvergleich dienen kann.
Fig. 7 bis 11 sollen nun illustrieren, wie sich verschiedene Lagen des Bandrandes auf die erhaltenen Impulssignale auswirken, sodaß aus diesen über geeignete Rechenoperationen oder look-up-Tabellen die räumliche Lage des Bandrandes verfolgt werden kann. Dabei ist in der Abtastvorrichtung 3 zur Vereinfachung die Strahlungsquelle(n) weggelassen und sind nur noch die Verläufe der Peil- bzw. Retroreflexstrahlen gezeigt.
In Fig. 7 ist ein strahlungsundurchlässiges Band 1 in zwei Positionen Pos.a und Pos.b gezeigt.
Der erste Peilstrahl 15 bewirkt beim jedesmaligen Überqueren des Abtastanfangdetektors 17 (bezeichnet sind die Zeitpunkte to und t1) die Erzeugung von Signalen S17, die als Bezugsimpulse für die Zeitintervallmessungen des Abtastvorgangs dienen. Die Periode zwischen den Abtastvorgängen hat also die Zeitdauer to → t1, jedoch sind die übrigen Signalverläufe nur für einen Vorgang eingezeichnet, um die Figur nicht zu überladen.
Wenn der erste Peilstrahl in die eng punktiert gezeichnete Lage 43 kommt, tritt er aus dem Gehäusefenster aus und fällt auf den Retroreflektor. Dies geschieht im Zeitpunkt t3 und sein Retroreflexstrahl beaufschlagt den ersten Empfänger 28 und dieser erzeugt das Signal S28. Im Zeitpunkt t4 erreicht der erste Peilstrahl die als Strich-Zweipunkt-Linie gezeichnete Lage 47, in der er den Rand des Bandes 1 erreicht, und zwar sowohl in dessen Position a als auch in der Position b. Dadurch erreicht der erste Peilstrahl den Retroreflektor nicht mehr und das Signal S28 verschwindet im Zeitpunkt t4.
Wenn das Band 1 nicht vorhanden wäre, so würde der erste Peilstrahl bis zum Erreichen des linken Fensterrandes in der eng punktierten Lage 44 im Zeitpunkt t8 retroreflektiert und das Signal S28 würde bis zu diesem Zeitpunkt andauern, was in den Diagrammen gestrichelt angedeutet ist.
Der zweite Peilstrahl 21 fällt erstmals in der weit punktierten Lage 45 zum Zeitpunkt t5 aus dem Gehäusefenster und erreicht den Rand des Bandes 1 in dessen Position a zum Zeitpunkt t6. Sein Retroreflexstrahl 29 erzeugt somit das Signal S33 Pos.a. Wäre das Band nicht vorhanden, so würde das Signal bis zum Zeitpunkt t9 erzeugt, in welchem der zweite Peilstrahl in der weit punktiert gezeichneten Lage 46 den linken Fensterrand erreicht.
Wenn sich das Band 1 in der Position b befindet, so schattet es den Retroreflektor 4 erst vom zweiten Peilstrahl in dessen strichpunktiert gezeichneter Lage 49 ab, die im Zeitpunkt t7 erreicht wird. In diesem Fall dauert das Signal S33 also bis zu diesem Zeitpunkt an.
Es ist zu sehen, daß bei einer Abtastung nur durch den ersten Peilstrahl die Positionen a und b des Bandrandes nicht zu unterscheiden wären, daß jedoch unter Hinzunahme des zweiten Peilstrahls nicht nur die Unterscheidung gelingt, sondern auch die Bestimmung der räumlichen Lage des Bandrandes, und zwar aus den Kreuzungspunkten der Strahllagen 47 und 48 für die Position a und der Strahllagen 47 und 49 für die Position b. Es ist weiter zu sehen, daß das Beobachtungsfeld der Vorrichtung zwischen den Strahllagen 43 und 46 liegt, da nur dieser Bereich von beiden Peilstrahlen überstrichen wird.
In Fig. 8 ist gezeigt, wie sich Zwei verschiedene Bandrandlagen auf die Impulsfolgen auswirken, wenn das Band 1 mit seinem Rand bei gleichbleibender Höhe (Abstand vom Retroreflektor 4) mehr (Pos.b) oder weniger (Pos.a) in das Beobachtungsfeld der Abtastvorrichtung ragt. Die Vorderflanken der Signale S28 bzw. S33 treten dabei wieder zu den gleichen Zeitpunkten t3 bzw. t5 auf. In der Position a des Bandrandes wird dieser vom ersten Peilstrahl in dessen Lage 47 im Zeitpunkt t4 und vom zweiten Peilstrahl in dessen Lage 48 im Zeitpunkt t6 erreicht, wobei der Kreuzungspunkt dieser Lagen die Raumlage des Bandrandes definiert, und die Raumlage des Bandrandes in dessen Position b ist definiert durch die Winkellagen 50 bzw. 51 des ersten bzw. zweiten Peilstrahls, die ihrerseits aus den Zeitpunkten t10 und t11 eindeutig folgen.
Die gleichen Überlegungen können bezüglich Fig. 9 angestellt werden, wo die beiden Randpositionen a und b sich sowohl in verschiedener Höhe als auch in verschiedener seitlicher Eintauchtiefe in das Beobachtungsfeld befinden. Die Raumlage des Randes in der Position b ist definiert durch die Strahlenlagen 52 und 53, die sich ihrerseits eindeutig ergeben aus den Zeitpunkten t12 und t13.
Fig. 10 Zeigt noch die Signalverläufe, die sich ergeben, wenn die Bandränder sich in den in Fig. 7 gezeigten Positionen befinden und das Bandmaterial nicht völlig undurchsichtig ist. Der Übergang der Peilstrahlen auf die Bandoberfläche führt dann nicht zu einem völligen Wegfall des Retroreflexstrahls und Absinken des Signalpegels auf Null, sondern nur zu einer Abdunkelung des Retroreflexstrahls und einem Absinken des Signals auf einen entsprechenden Abdunkelungswert. In einem solchen Falle empfiehlt sich die Einstellung der Ansprechschwelle der an die Empfänger 28, 33 angeschlossenen Auswerteschaltung auf einen mittigen Wert zwischen dem vollen Signalhub und dem Abdunklungspegel, was mittels bekannter Techniken automatisch geschehen kann.
Wenn der Unterschied zwischen vollem Signalpegel und Abdunklungspegel nur noch gering ist, also bei recht durchscheinendem Bandmaterial, so können die z.B. temperaturbedingten Schwankungen der Leistung der Strahlungsquelle 5, 37 oder durch Verschmutzung verursachte Änderungen der empfangenen Strahlungsleistung die Erkennungssicherheit beeinträchtigen und müssen kompensiert werden. Eine Möglichkeit ist es, anstelle der Absorber 34, 35 (Fig. 2) Kontrollempfänger anzuordnen und deren Signal zur Anpassung des Ansprechschwellenwertes heranzuziehen.
Fig. 11 zeigt die Signalverläufe bei der Ausbildung der Abtastvorrichtung gemäß Fig. 5, also mit beabstandeten Spiegelfacetten des Spiegelrades 18', welche wegen der zeitlichen Trennung der ersten und der zweiten Retroreflexstrahlen mit nur einem Empfänger 28 auskommt. Es ist zu sehen, wie der eine Empfänger 28 die das erste Positionsdatum liefernden Signale des ersten Retroreflexstrahls t3 → t4 (Strahllagen 43 → 47) und die das zweite Positionsdatum der Bandrandposition a liefernden Signale des zweiten Retroreflexstrahls t5 → t6 (entsprechend den in der gezeigten Drehspiegelstellung ausgeblendeten, in Fig. 7 jedoch ersichtlichen Strahllagen 45 → 48) bzw. die das zweite Positionsdatum der Bandrandposition b liefernden Signale t5 → t7 (Strahllagen 45 → 49 in Fig. 7) zeitlich aufeinanderfolgend erzeugt, sodaß die eindeutige Zuordnung bei der Weiterverarbeitung möglich ist.
In allen Fällen gilt, daS die Zeitspannen zwischen dem als Referenzimpuls dienenden Abtastanfangsimpuls to und den Vorderflanken der Retroreflexstrahlen in den Zeitpunkten t3 und t5 eine Gerätekonstante sind und die Positionsdaten gewonnen werden aus den Zeitspannen to → t4 sowie to → t6 (Pos.a) bzw. to → t7 (Pos.b).
Es ist noch hinzuweisen auf die Möglichkeit, als Referenzsignal für den Beginn der Abtastung die Vorderflanke z.B. des ersten Retrorefleximpulses im Zeitpunkt t3 zu nehmen, sodaß ein Abtastanfangdetektor 17 entbehrlich wird. Eine andere Möglichkeit ist dann gegeben, wenn die Geometrie der Abtastvorrichtung so beschaffen ist, daß die Abtastschwenkung des ersten Peilstrahls 15 so weit rechts beginnt, daß schon der Spiegel 16 getroffen wird, d.h. in einer Drehstellung des Drehspiegels 18 der an der Rückwurfstelle R1 ankommende Peilstrahl 15 auf eine rechtwinklig zu ihm befindliche Spiegelfacette trifft, sodaß er in sich zurückgeworfen wird und einen Markierungsimpuls des ersten Empfängers 28 erzeugt. Auch dieser kann dann als Referenzimpuls für den Abtastanfang genommen werden und macht einen speziellen Detektor 17 entbehrlich.
Fig. 12 zeigt eine Ausbildung, bei der zusätzlich zur Anordnung gemäß Fig. 1 noch ein mit dem Drehrahmen 2 über einen Ausleger 54 starr verbundener, in Abtastrichtung kurzer Drehrahmen-Retroreflektor 55 vor dem Band 1 vorhanden ist, und zwar an einer Stelle, an der mit Sicherheit immer das Band 1 laufen wird und die zu keinem Zeitpunkt von einem Bandrand erreicht werden kann, die jedoch noch im Beobachtungsbereich der Abtastvorrichtung 3 liegt. Dann wird vom Drehrahmen-Retroreflektor 55 noch ein Retrorefleximpuls erhalten, der die Drehstellung des Drehrahmens 2 definiert. Der Drehrahmen ist das Stellglied des Regelkreises der Bandlaufregelung und ein solcher Drehstellungsimpuls kann zur Ausrichtung des Drehrahmens in seiner Zentrierstellung benutzt werden, in der seine Walzen parallel zu den übrigen Walzen der Station und den Wickeln A und B orientiert sind.
Es versteht sich, daß bei entsprechender Auslegung der Abtastvorrichtung diese nicht nur einen Rand des laufenden Bandes, sondern beide Ränder desselben verfolgen kann und so eine laufende Überwachung von Bandbreite und Verwerfungen desselben möglich wird. Der in Abtast-Schwenkrichtung der Peilstrahlen vordere Bandrand ist dabei, wie beschrieben, gekennzeichnet durch die rückwärtigen Flanken der Impulse, während der andere Bandrand definiert wird durch die Vorderflanken von Zweit-Retrorefleximpulsen, die erzeugt werden, wenn der Peilstrahl gegen Ende seiner Abtastschwenkung wieder vom Band auf den dahinter liegenden Retroreflektor trifft.
Abschließend sei noch auf eine Möglichkeit hingewiesen, eine konstante Abtastgeschwindigkeit des Peilstrahls über den Retroreflektor 4 bzw. das Band 1 im Bereich des Beobachtungsfeldes zu erzielen. Bei Verwendung eines Drehspiegels mit ebenen Spiegelfacetten ergibt sich eine konstante Winkelgeschwindigkeit des abtastenden Peilstrahls und damit eine Wanderungsgeschwindigkeit der Beaufschlagungsstelle, die in der Mitte des Beobachtungsfeldes am geringsten ist, weil hier der Abstand am kleinsten und der Auftreffwinkel ein rechter ist. Zu beiden Seiten, d.h. am Anfang und am Ende des Abtastvorgangs ist die Wanderungsgeschwindigkeit wegen der größeren Entfernung und des dort spitzeren Auftreffwinkels am größten. Wenn dies nicht erwünscht ist, besteht die Möglichkeit, die Spiegelfacetten derart zu profilieren, daß sie diesen Effekt kompensieren und eine konstante Fortschrittsgeschwindigkeit der Abtaststelle bewirken.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Bestimmung der Lage des Randes eines Bandes (1), welches zwischen einem Retroreflektor (4) und einer Abtastvorrichtung (3) läuft,
    wobei die Abtastvorrichtung einen Drehspiegel (18) aufweist, welcher den Strahl (15) einer Strahlungsquelle (5) quer zur Laufrichtung des Bandes ablenkt und das Beobachtungsfeld bestreicht, wobei der von der Beaufschlagungsstelle (R1) des Peilstrahls (15) auf dem Retroreflektor zurückgeworfene Retroreflexstrahl (24) von einem Empfänger (28) erfaßt wird, an den eine Auswerteschaltung zur Bestimmung eines Positionsdatums des Bandrandes angeschlossen ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Peilstrahl (21) auf den Drehspiegel (18) an einer zweiten Rückwurfstelle (R2) auftrifft, die von der Rückwurfstelle (R1) des ersten Peilstrahls (15) beabstandet ist,
    wobei der von der Beaufschlagungsstelle des zweiten Peilstrahls (21) auf dem Retroreflektor (4) zurückgeworfene zweite Retroreflexstrahl (29) von einem zweiten Empfänger (33) oder vom gleichen Empfänger (28, Fig. 4, 5, 6) zeitlich getrennt vom Empfang des ersten Retroreflexstrahls erfaßt wird, und die Signale des zweiten Retroreflexstrahls (29) in der Auswerteschaltung zur Bestimmung eines zweiten Positionsdatums des Bandrandes und zusammen mit dem ersten Positionsdatum zur Bestimmung der räumlichen Lage desselben dienen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Peilstrahlen durch je einen Strahlungsteiler (13, 19) auf den Drehspiegel (18) geworfen werden und die retroreflektierten Strahlen (24, 29) vom jeweiligen Strahlungsteiler (13, 19) zum jeweiligen Empfänger (28, 33) reflektiert werden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehspiegel (18) ein Polygonspiegel mit ebenen Spiegelfacetten ist.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Peilstrahlen (15, 21) von einer Laserstrahlungsquelle (5, 37), vorzugweise einer Laserdiode erzeugt werden und auf ihrem Weg zum Drehspiegel (18) durch eine Zylinderlinse (7, 39) zu einem Strahlungsfächer (8, 40) aufgeweitet werden, in dessen Ebene der Laufrichtungsvektor des Bandes liegt.
  5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Strahlungquellen (5, 37), deren jede einen der Peilstrahlen (15, 21) erzeugt (Fig. 3).
  6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (5), deren Strahl (6) nach Aufweitung durch eine Zylinderlinse (7) als Fächerstrahl (8) von einem Strahlungsteiler (9) in zwei Teilstrahlen (10, 11) aufgeteilt wird, welche nach Durchgang durch ihnen zugeordnete Strahlungsteiler (13, 19) als Peilstrahlen (15, 21) über den Drehspiegel (18) das Beobachtungsfeld bestreichen (Fig. 2).
  7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein die Vorrichtungselemente aufnehmendes Gehäuse mit einem zum Überwachungsfeld gerichteten Fenster (36), wobei nahe des einen Fensterrandes ein Abtastanfangdetektor (17) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Durchgang des Peilstrahls durch den zugehörigen Strahlungsteiler (13, 19) entstehende Teilstrahl (14, 20) auf einen Absorber (34, 35) fällt.
  9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Durchgang des Peilstrahls durch den zugehörigen Strahlungsteiler (13, 19) entstehende Teilstrahl (14, 20) auf einen Kontrollempfänger fällt, dessen Signal zur Anpassung der Empfänger-Ansprechschwellen an Schwankungen der Strahlungsleistung und der Empfängerempfindlichkeit dient.
  10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonspiegel (18') ebene Spiegelfacetten aufweist, zwischen denen nichtreflektierende Abschnitte liegen.
  11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zwei wechselweise ansteuerbare Lichtmodulatoren (41, 42; Fig. 4) im Weg der beiden Peilstrahlen.
  12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen drehrahmenfesten Retroreflektor (55) vor dem laufenden Band 1 (Fig. 12).
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