Lichtelektrische Steuervorrichtung, insbesondere zur Steuerung von Arbeitsvorgängen durch Druckmarken Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtelek- trische Steuervorrichtung, insbesondere zur Steuerung von Arbeitsvorgängen durch auf einem Träger auf gedruckt-- Marken.
Bei dieser Vorrichtung wird in bekannter Weise die Lichtquelle, die auch ein als sekundäre Lichtquelle zu betrachtender, beleuchteter Eintrittsspalt :sein kann, durch ein optisches System auf einem beweglichen Kontrastträger abgebildet und das vom Kontrastträger beeinflusste Licht auf einen photoelektrischen Wandler geleitet.
Der Wandler spricht bei einer solchen Anordnung an, sobald bei einer Bewegung des Kontrastträgers die Abbildung der Lichtquelle auf eine Kontraststelle des Kontrast trägers trifft, die mehr oder weniger Licht reflektiert oder absorbiert als die benachbarte Stelle des Kon trastträgers.
Im besonderen handelt es sich dabei um ein streifenförmiges, bedrucktes Verpackungs- material .bei Verpackungsmaschinen, bei der eine dunklere oder hellere Druckmarke als Kontraststelle aufgedruckt ist.
Beim Ansprechen des lichtelektri- schen Steuergerätes auf einen Kontrastsprung wird üblicherweise durch elektromagnetische Mittel ein Vorgang ausgelöst, z. B. Bein Signal gesteuert oder eine Abschneidevornichtung und :die sonstigen Funk tionen einer Verpackungsmaschine in Tätigkeit ge setzt.
Eine Ader Hauptschwierigkeiten bei der Durch bildung eines ,solchen lichtelektrischen Steuergarätes besteht darin, dass ein solches Gerät universell für alle Arten von Kontrastträgern eingerichtet sein russ, wobei das Reflexions- oder Absorptionsvermögen und die Farbe des Kontrastträgergrundes und der Kon traststelle, z. B. der Druckmarke, ;sehr verschieden sein können.
Es russ damit gerechnet werden, dass z. B. in einer Verpackungsmaschine einmal dunkel- grünes Verpackungsmaterial mit einer schwarzen Druckmarke (geringes Reflexionsvermögen und ge- ringer Kontrast) und ein andermal eine glänzende,
regelmässig reflektierende Verpackungsfolie .mit tief schwarzer Druckmarke (hohes Reflexionsvermögen, starker Kontrast) Verwendung finden. Ja es kann vorkommen, dass z.
B. ,auf einem dunkelroten Ver- packungsm:aterial eine weisse Druckmarke .angebracht ist, so dass ein negativer Kontrastsprung beim Durch- gang der Druckmarke entsteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ,einfache Einstellmöglichkeit .eines solchen lichtelek- trischen Steuergerätes auf die verschiedensten Arten und Farben der Kontrastträger zu schaffen, wobei es darauf ankommt, dass die Einstellung ,auch von einem Laien, z.
B. dem Bedienungspersonal einer Verpackungsmaschine, vorgenommen werden kann. Theoretisch ist es möglich, den Verstärkungsgrad eines dem Wandler nachgeschalteten Verstärkers zu verändern, :
das heisst auf eine bestimmte, vorgegebene Verstärkerausgangsspannung reinzustellen, um einen Ausgleich des vom Empfänger,aufgenommenen, stark unterschiedlichen Lichtstromes zu ,erhalten. Eine solche Art der Einstellung .ist ,bisher benutzt worden.
Sie ist verhältnismässig umständlich und kritisch und hat den Nachteil, dass der den Wandler enthaltende Empfänger, z. B. bei hohem Reflexionsvermögendes Kontrastträgers, zuviel Licht verhält und auf Kosten seiner Lebensdauer überlastet wird.
Die Erfindung besteht d emgegenüber darin, dass in :dem optischen System eine Lichtreguliervorrichtung, vorzugsweise ,eine Blende, und dm Empfänger-Ausgangskreis eine elektrische Anzeigevorrichtung angeordnet sind und dass :
die Lichtreguliervorrichtung vorgesehen ist, um die dem photoelektrischen Wandler zugeführten Lichtstromwerte so einzustellen, dass der Empfänger auf dem mittleren Teil seiner Charakteristik arbeitet. Es wird also nach einem im Ausgangsstromkreis an gezeigten elektrischen Messwert nicht wie bisher der Verstärkungsgrad, sondern die Lichtmenge eingestellt,
.die den Wandler trifft. Das hat den Vorteil, dass eine Überlastung des .Empfängers vermieden wird. Würde man jedoch z.
B. durch einen veränderlichen Vor- schaltwid@erstand die Helligkeit der Lichtquelle ein- stellbar machen, um unterschiedliches Reflexions- vermögen :des Kontrastträgers auszugleichen, so würde man damit jauch die Farbtemperatur der Licht- quelle verändern, von :
der die Empfindlichkeit des Wandlers und die Verwendung :abgestimmter Filter abhängt. Daher ist die Verwendung einer Blende zur Helligkeitsregelung vorzuziehen. Dann wird weder der Verstärkungsgrad des Verstärkers noch die Licht- farbe der Lichtquelle verändert, so dass in dieser ,Hinsicht :
konstante Verhältnisse beibehalten werden. Wesentlich ist, dass die den Wandler treffende Licht menge durch eine Uchtreguhervorrichtung, z.
B. eine Blende, verändert wird, @dass .aber dabei - ähnlich Wie .bei der Einstellung des Verstärkungsgrades - voneinem :elektrischen Messwert des Verstärkeraus- gangskreises, z. B. der Verstärkeranodenspannung, als Einstellwert :ausgegangen wird.
Weiter kann man die Einstellung des lichtelektri schen Steuergerätes dadurch verfeinern, dass durch optische Mittel :ein Mittelwert das Kontrastes gebildet und die Lichtreguliervorrichbung so eingestellt wird, dass bei !diesem Kontrastmittelwert ein d em Wandler nachgeschalteter Verstärker im Mittelbereich der Verstänkercharakteristik arbeitet.
Eine Mittelwert- bildung des Kontrastes kann man beispielsweise da durch erreichen, dass man die Abbildung der Licht- quelle während :der Einstellung zur Hälfte auf den Grund des Kontrastträgers und zur Hälfte auf die Kontraststelle :(Druckmarke) fallen lässt.
Um eine solche Einstellung der Lichtquellenabbildun:g zu er leichtern, wird zweckmässigerweise ein in den Ab- bildungsstrahlengang vorübergehend :einschaltbares optisches Ablenkmittel, vorzugsweise ein Keilpaar, vorgesehen, das :eine doppelte Abbildung der Licht quelle bewirkt.
Man kann. dann leicht dafür sorgen, dass während des Einstellers die eine Abbildung auf :der hellsten und die andere Abbildung auf der dun kelsten Stelle des Kontrastträgers liegt. Nach dem Einstellen wird das optische Ablenkmittel wieder ausgeschaltet, so @dass in betriebsmässigem Zustand wieder nur eine Abbildung :der Lichtquelle auf dem Kontrastträger vorhanden ist.
Sofern man die Empfängerspannung nicht zur Modulation einer Trägerfrequenz benutzen will, was den nicht unerheblichen Aufwand eines Lichtunter- brechers voraussetzt, empfiehlt es @sdch, dem photo elektrischen Wandler einen Gleichspannungsverstär- ker nachzuschalten, :
der wesentlich einfacher .ist als eine mit Trägerfrequenz .arbeitende Vorrichtung. In beiden Fällen besteht die vorbeiilhafte Möglichkeit, die Einstellung des Steuergerätes in statischem Zu stand bei stillstehendem Kontrastträger, das heisst bei stillstehender Verpackungsmaschine, vorzu- nehmen.
Da im Ausgangskreis des Empfängers, also im dem Wandler nachgeschalteten Verstärker, konstante Verhältnisse beibehalten werden, besteht die<B>Mög-</B> lichkeit, :den Wandler einfach umzupolen, wenn der Menernnde Kontrastsprung negativ wird, das heisst wenn nach -einer hellen Kontrastmarke auf dunklem Grunde gesteuert werden soll.
Diese einfache Mög- lichkemt ist nicht ohne weiteres gegeben, wenn, wie bisher, eine Einstellung des Verstärkungsgrades vor- genommen wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt und soll anhand des Schaltbildes (Fig. 3) im folgenden näher erläutert wer den. Eine Lichtquelle 1, z. B. die Wendel einer Glüh lampe, wird durch eine Beleuchtungsoptik 2 bei 3 auf einem in Pfeilrichtung vorbeigeführten Verpak- kungsmaterialstreifen 4 abgebildet.
Auf dem Streifen 4 :sind im Bereich :der Lichtquellenabbildung 3 in regelmässigen Abständen Druckmarken 5 angebracht, die zu der Grundfarbe des Streifens 4 einen Kon trast bilden. Durch einen .Hohlspiegel 6 wird der beleuchtete ,Bereich des Streifens 4 auf einer Photo zelle 7 abgebildet. Die Photozelle 7 ist galvanisch mit dem :Gitter 8 einer Verstärkerröhre 9 gekuppelt.
Im Anodenkreis der Verstärkerröhre 9 liegt ein Einstellwiderstand 10, an dem eine bestimmte Span nung für eine Anzeigeglimmlampe 11 abgegriffen werden kann.
Der Anodenkreis der Verstärkerröhre 9 ist :galvanisch mit dem Gitter eines Thyratronver- stärkers 12 gekoppelt, in dessen Anodenkreis ein Steuerrelais 13 und ein Unterbrechungsschalter 14 :eingeschaltet sind.
Bei ibelichteter Photozelle 7 ist die Spannung Ug am :Gittar 8 gross und infolgedessen die Gitterspannung des Thyratronverstä:rkers 12 unterhalb der Zündspannung. Sobald jedoch beim Vorbeilaufen einer Druckmarke 5 die Photozelle verdunkelt ist, sinkt das Potential des Gitters 8, so :dass infolge einer erhöhten Anodenspannung Ua das Thyratron zündet und das Relais 13 zum Ansprechen bringt.
Dadurch wird :ein hier nicht interessierender Steuervorgang .ausgelöst, durch den unter anderem jauch der Unterbrechungsschalter 14 betätigt und die Entladung im Thyratron 12 wieder unterbrochen wird. In Fig. 4 .ist :die UgJUa-Kennlinie 15 des Vcr- stärkerrohres 9 :dargestellt.
Durch Einstellung des Widerstandes 10 kann man erreichen, dass die G hmmlampe 11 bei einer bestimmten Anodenspan nung Ua zündet und damit :das Vorhandensein dieser bestimmten Anodenspannung Ua anzeigt. Der Wider stand 10 wird nun :einmalig so eingestellt, dass die Glimmlampe 11 bei einer Anodenspannung Ua zün- ,det, die :etwa in der Mitte (15') der Kennlinie 15, auf dere@m steilsten gradlinigen Teil, liegt.
Um auch bei schwachen Kontrasten zwischen dem Grund des Streifens 4 und der Druckmarke 5 ein sicheres An sprechen des Relais 13 zu erreichen, ist es not- wendig, dafür zu sorgen, dass der gradlinige steile Teil der Röhrenkennlinie 15 ausgenutzt wird, das heisst, @dass sich bei dem Kontrastsprung die Gitter spannung Ug :in einem entsprechenden Bereich än dert, unabhängig von dem jeweiligen Reflexionsver- mögen des Streifens 4 und der Druckmarke 5.
Bis her hat man das durch eine Einstellung des Gitter- ableitwiderstandieis <B>1,6,</B> also durch Änderung des Verstärkungsgrades zu erreichen versucht. Ein sol cher Abgleich des Verstärkers ist unsicher und kri tisch und kann kaum von,einem Laien vorgenommen werden. Die Photozelle 7 kann bei hohem Reflexions vermögen des Streifens 4 überlastet werden.
Es ist daher folgende optische Einstellmöglichkeit vorge sehen worden: Im Strahlengang der Beleuchtungs optik 2 ist eine einstellbare Blende 17 angeordnet, durch die ohne Veränderung der Farbtemperatur der Lichtquelle 1 der wirksame Lichtstrom mehr oder weniger verringert werden kann. Ferner ist ein in den Strahlengang :einschwenkbares Keilpaar 18, 18' in der Nähe der Beleuchtungsoptik 2 angeordnet, so dass anstelle des Lächtquellenibildes 3 zwei dicht nebeneinanderliegende Lichtquellenbilder 3', 3" ent stehen.
Man kann ohne weiteres durch Verschieben des .Streifens 4 erreichen, dass das :eine Bild 3' auf der Druckmarke 5 und das andere Bild 3" dicht daneben liegt. In diesem Zustand erhält die Photo zelle 7 einen mittleren Lichtstromwert, der sowohl vom Reflexionsvermögen des Streifens 4 als auch von dem der Druckmarke beeinflusst ist. Man kann nun .die Blende 17 so :lange verstellen, bis die Glimm- lampe 11 gerade zündet.
Durch ,diese .einfache Ein stellung, die von jedem Laien ausgeführt werden kann, wird erreicht, dass dem mittleren Lichtstrom wert eine mittlere Anodenspannung Ua im Bereich 15' der Kennlinie entspricht. Nach diesem Einstell vorgang wird das Keilpaar 18, 18' wieder aus dem Strahlengang ausgeschwenkt.
Auf diese Weise gelingt es, den mittleren Lichtstromwert, den die Photozelle 7 empfängt, bei stark unterschiedlichen Kontrast trägern 4, 5 auf :einen konstanten Wert einzustellen und dem Verstärker :optimal anzupassen.
Isst -die Druckmarke 5 heller als .der Grund des Streifens 4, so wird die Photozelle 7, wie bei 7' angedeutet, mit vertauschten Polen an das Verstär- kerrahr 8 angeschlossen. Dieses Umpolen der Photo zelle 7' kann in einfachster Weise durch einen nicht dargestellten Umschalter erfolgen, dessen Schaltstel- lungen mit helle Druckmarke oder .dunkle Druck marke beschriftet sein können.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für trans parente Kontrastträger 4', 5' schematisch dargestellt, bei dem die Photozelle 7 unterhalb des Kontrast trägers 4', 5' angeordnet ist. Eine Sammellinse 6 übernimmt hier die Abbildung der durchleuchteten Kontraststelle auf der Photozelle 7.
Es ist :bekanntlich im Interesse der Lebensdauer einer Photozelle erwünscht, die Photokathode auf einer möglichst grossen Fläche auszuleuchten und den auffallenden Lichtstrom zu verteilen. Diffus streuende Mittel, z. B. Mattglas, verursachen dabei zu grosse Lichtverluste. Deshalb wird für diesen Zweck ein Linsenraster verwendet.
Erzeugt man beim Einstellen durch die Keile 18, 18' zwei Lseht- quellenbilder 3', 3", so werden .auf der Photozelle auch zwei nabeneinanderhegende,durch das Linsen raster zwar vergrösserte Lichtflecke erzeugt. Da aber die Empfindlichkeit der Photozelle regional recht unterschiedlich sein kann, ist durch das Nebenein- anderliegen der Lichtflecke eine Fehlerquellle .ge geben.
Diese kann dadurch .ausgeschaltet werden, dass das vorgeschaltete Linsenraster 19 mit einer zusätzlichen Brechkraft ausgestattet wird, durch die eine Vereinigung .der :beiden, durch die Linsenraster- wirkung vergrösserten Lichtflecke auf der Photozelle 7 erreicht wird.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, kann man zu dieseln Zweck das Linsenraster 19' :mit einer zylindrischen Sammellinse 19" kombinieren. Man kann aber %auch, wie in Fig. 6 dargestellt ist, die einzelnen Linsen 20, 20' @defs Rasters unterschiedlich krümmen, so,
dass die erforderliche zusätzliche Brech- kraft entsteht.
In einer von den Ausführungsbeispielen ab weichenden Ausführungsform kann man auch auf eine Mittelweebildung des Lichtstromes verzichten und bei entsprechender Einstellung des Zündpunktes der Glimmlampe 11 nach einem maxianalen oder minimalen Lichtstrom einstellen. Es können ferner andere Mittel zur Mittelwertbüdung des Lichtstromes vorgesehen sein, z.
B. statt eines Keilpaares 18, 18' nur ein @einziger Keil. Es kann ferner anstelle der Anzeigeglimmlampe ein Messinstrument vorgesehen sein oder anstatt einer Photozelle ein lichtempfind licher Transistor.