DE10045261A1

DE10045261A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines Materials sowie Steuervorrichtung für ein bewegtes Material

Info

Publication number: DE10045261A1
Application number: DE10045261A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Luxem; Rolf Spilz; Karlheinz Peter
Original assignee: NexPress Solutions LLC
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: DE10045261B4; US6521905B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Materials (1), wobei Lichtstrahlen (2) auf den Bereich einer Kante (3) des Materials (1) gerichtet sind und ein Intensitätssprung des Lichtstrahls (2, 2') infolge der teilweisen Einfügung des Materials (1) in den Strahlengang (2) erfaßt und zur Ermittlung der Lage des Materials (1) ausgewertet wird. DOLLAR A Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art werden dahingehend weitergebildet, daß auch die Lage von transparentem Material mit hoher Genauigkeit erfaßbar ist, indem für die Lichtstrahlen (2) polarisiertes Licht vorgesehen ist, und der Strahlengang derart gegen Grenzflächen (7, 7') des Material (1) gerichtet ist, daß zumindest eine teilweise Reflexion (2', 2'', 2''', 2'''') auftritt und der dadurch hervorgerufene Intensitätssprung erfaßt wird. Weiterhin ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die die Lage eines bewegten Materials entsprechend dieser Erfassung steuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Erfassung der Lage eines Materials, insbeson dere eines Förderbandes, wobei Lichtstrahlen auf den Bereich einer Kante des Materials gerichtet sind und ein Intensitätssprung des Lichtstrahls infolge der teilweisen Einfü gung des Materials in den Strahlengang erfaßt und zur Ermittlung der Lage des Mate rials ausgewertet wird.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Lichtquelle, einem Empfänger und einer Auswerteeinrichtung.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung für ein bewegtes Material, beispielsweise ein Förderband mit einer Lichtquelle, die den Bereich einer Kante des bewegten Materials mit einem Lichtstrahl beaufschlagt, einem Empfänger, der einen Intensitätssprung des Lichtstrahls infolge der teilweisen Einfügung des Materials in den Strahlengang erfaßt, sowie einer Auswerte- und Steuereinrichtung, die das Material bezüglich seiner Lage steuert.

Verfahren und Vorrichtungen der genannten Art sind beispielsweise aus der WO 99/00709 bekannt. Bei dieser wird eine Quelle für gepulstes Licht oder ein gescannter oder gepulster Laserstrahl auf der einen Seite eines Bandes und ein Photoempfänger auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet, um die Position des Bandes zu erfassen. Weiterhin beschreibt diese Schrift eine Steuerung, die aufgrund der Erfassung der Lage des Bandes dieses steuert. Bei dieser technischen Lösung wird die Absorption des Lichts durch das Band erfaßt und für die Ermittlung der Lage des Bandes ausgewertet. Dies funktioniert jedoch nur dann, wenn die Absorption der Licht strahlen durch das Band groß genug ist, um einen Intensitätssprung des Lichtstrahls durch die Einfügung des Bandes zu erzeugen, der klar abgegrenzt und daher für die Lageerfassung ausreichend ist. Dies ist bei vielen Bändern oder anderen Materialien, deren Lage erfaßt werden soll, nicht gewährleistet, da diese ganz oder teilweise transpa rent sind. Beispielsweise bestehen Bänder, die Bedruckstoffe für elektrophotografische Bebilderung transportieren, oft aus transparentem Material, da dieses für die genannte Anwendung eine Vielzahl erwünschter Eigenschaften aufweist. Jedoch auch auf anderen technischen Gebieten muß die Lage transparenten Materials erfaßt und gegebe nenfalls korrigiert werden, beispielsweise bei der Herstellung oder Weiterverarbeitung transparenter Kunststoffbahnen, Kunststoffplatten oder Gläser. Die Anordnung nicht transparenter Streifen auf dem Material ist bei vielen Anwendungsfällen nicht möglich oder teuer und oftmals unzuverlässig, insbesondere können sich aufgeklebte Streifen ablösen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren, sowie die eingangs genannte Vorrichtung und Steuervorrichtung derart weiterzubilden, daß auch die Lage von transparentem Material mit hoher Genauigkeit erfaßbar ist.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß es sich bei den Licht strahlen um polarisiertes Licht handelt und der Strahlengang derart gegen Grenzflächen des Materials gerichtet ist, daß zumindest eine teilweise Reflexion auftritt und der dadurch hervorgerufene Intensitätssprung erfaßt wird.

Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß es sich bei der Licht quelle um eine Lichtquelle für polarisiertes Licht handelt, daß die Lichtquelle derart auf Grenzflächen des Materials gerichtet ist, daß zumindest eine teilweise Reflexion auftritt, daß der Empfänger den durch die Reflexion hervorgerufenen Intensitätssprung erfaßt und die Auswerteeinrichtung den Intensitätssprung zur Darstellung der Lage des Mate rials auswertet.

Bezüglich der Steuereinrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß es sich bei der Lichtquelle um eine Lichtquelle für polarisiertes Licht handelt, daß die Lichtquelle derart auf Grenzflächen des Materials gerichtet ist, daß zumindest eine teilweise Reflexion auftritt, und daß der Empfänger den durch die Reflexion hervorgerufenen Intensitätssprung erfaßt und dessen Lage der Auswerte- und Steuereinrichtung zur Steuerung der Lage des Förderbandes dient.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Material, dies können Platten oder Bänder sein, bezüglich seiner Lage erfaßbar ist, auch wenn es keine ausreichende Absorption von Licht aufweist. Da jedoch auch andere nicht transparente Materialien erfaßbar sind, ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrich tung wesentlich vielseitiger einsetzbar, weil eine von den spezifischen Eigenschaften des Materials nahezu unabhängige Erfaßbarkeit einer Materialkante möglich ist. Dies resultiert daraus, daß nur die Reflexionseigenschaften des Materials für polarisiertes Licht genutzt werden. Diese sind jedoch nur vom Einstrahlwinkel und dem Brechungs index des Bandmaterials abhängig. Der für eine Reflexion erforderliche Einstrahlwinkel läßt sich über die Fresnelschen Formeln berechnen. Wesentlich ist dabei die Wahl eines Einstrahlwinkels, bei dem der Anteil der Reflexion so hoch ist, daß ein ausreichend hoher Intensitätssprung erzielt ist. Dieses Verfahren funktioniert auch bei einer gewissen Verschmutzung des Materials, bei einigen Ausgestaltungen wird der Intensi tätssprung durch eine Verschmutzung sogar noch erhöht. Verwendbar sind alle Arten von Licht, also auch Infrarot oder Ultraviolett.

Die Erfassung des Intensitätssprunges ist auf vielerlei Weise möglich. Es kann das reflektierte Licht erfaßt werden oder es ist möglich, das nicht durch eine Grenzfläche des Materials reflektierte Licht zu erfassen. In beiden Fällen wird der Intensitätssprung erfaßt, der durch die Reflexion hervorgerufen wurde. Selbstverständlich läßt sich auch beides miteinander kombinieren.

Zweckmäßigerweise wird der Einstrahlwinkel α des Lichts auf die Grenzfläche derart gewählt, daß eine hohe Reflexion erzielt ist. Ein möglicher Arbeitsbereich ist ein Einstrahlwinkel α zwischen 40 und 80°, vorzugsweise beträgt der Einstrahlwinkel α jedoch mindestens 60°.

Um einen gut erfaßbaren Intensitätssprung zu erzielen, wird vorgeschlagen, linear polarisiertes Licht zu verwenden. Das Licht ist zweckmäßigerweise senkrecht zu Einfallsebene polarisiert, da dieses stärker reflektiert wird als parallel zur Einfallsebene polarisiertes Licht.

Wir der Strahl so geführt, daß der Intensitätssprung erst nach mehreren Reflexionen an Grenzflächen erfaßt wird, wird eine Vervielfachung des Effekts und damit eine wesent liche Verstärkung des Intensitätssprungs erreicht.

Bezüglich der Vorrichtung sind viele Ausgestaltungen zur Erzielung der vorgenannten Wirkungen möglich. Die nachfolgenden Ausführungsformen dienen dazu, diese und weitere Funktionsprinzipien zu realisieren.

Eine Ausführungsform sieht vor, daß die Lichtquelle und der Empfänger auf einer Seite des Materials angeordnet sind. Dabei entspricht die Anordnung des Empfängers dem Ausfallswinkel des reflektierten Lichts, um dieses zu empfangen.

Da der Strahl sowohl an der Materialoberfläche, also der Grenzfläche zwischen Luft und Material, als auch an der unteren Grenzfläche zwischen Material und Luft reflek tiert wird, ist es zweckmäßig, daß der Empfänger derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er die reflektierten Lichtstrahlen beider Grenzflächen des Materials empfängt. Auf diese Weise wird mehr Licht reflektiert und der Intensitätssprung wird erhöht. Dies ist unabhängig davon, ob der Empfänger das reflektierte Licht erfaßt oder ob er derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er das nicht durch Grenzflächen reflektierte Licht erfaßt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß an der der Lichtquelle gegenüberliegen den Seite des Materials ein weiterer Empfänger derart angeordnet ist, daß er das durch das Material hindurchgreifende Licht empfängt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß durch einen Empfänger die Reflexion und durch einen anderen Empfänger die Transmission erfaßt werden können. Auf diese Weise läßt sich auch eine Verschmutzung des Materials bzw. das Vorhandensein von Kratzern ermitteln. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß bei einer stark erniedrigten Reflekti vität des Materials die Lage der Kante auch mit Hilfe des Transmissionsempfängers ermittelt werden kann. Weiterhin eignet sich die Erfassung sowohl der Reflexivität als auch der Transmission dazu, bei zu stark verschmutztem Material ein entsprechendes Signal abzugeben, um eine solche Störung gegebenenfalls beheben zu können.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der Empfänger auf der gegenüberliegenden Seite des Materials für den Empfang des nicht reflektierten Lichts angeordnet ist. Dabei kann er den Intensitätssprung dadurch erfassen, daß er sowohl das an der Kante des Materials vorbeigehende Licht als auch das durch die Reflexion und gegebenenfalls auch eine zusätzliche Absorption wesentlich schwächere Licht erfaßt. Der Intensitäts sprung ist selbstverständlich auch bei vollständiger Reflexion, dann sogar noch klarer, erfaßbar. Diese Ausgestaltung ist sehr unempfindlich gegen Verschmutzungen des Materials, da diese zwar möglicherweise die Reflexivität des Materials herabsetzt, jedoch auch gleichzeitig die Transmission verringert, so daß nach wie vor ein Inten sitätssprung an der Kante des Materials erfaßbar ist. Dieser Empfänger kann auch mit einem Empfänger für das reflektierte Licht kombiniert werden.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß an einer Seite des Materials die Lichtquelle angeordnet ist und an der anderen Seite ein Reflektor in den Strahlengang eingefügt ist, wobei ein Empfänger derart angeordnet ist, daß er den durch den Reflektor reflektierten Strahlengang, aber nicht einen durch eine Grenzfläche reflektierten Strahlengang erfaßt. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird eine wesentliche Erhöhung des Intensitäts sprungs dadurch erzielt, daß der Empfänger auf derselben Seite des Materials angeord net ist wie die Lichtquelle und zwar in der Weise, daß sich der Intensitätssprung durch zweimaligen Hindurchtritt des Strahls durch das Material im Bereich der Kante verstärkt. Diese Anordnung kann derart ausgestaltet sein, daß die Lichtquelle und der Empfänger mit dem Reflektor ein Dreieck bilden, das sich durch Einstrahlwinkel und Ausfallswinkel des Lichts am Reflektor ergibt oder es kann vorgesehen sein, daß der Reflektor derart angeordnet ist, daß die durch ihn reflektierten Strahlen parallel zu den einfallenden Strahlen verlaufen. Bei beiden Ausführungsbeispielen muß der Strahl viermal Grenzflächen passieren und jedesmal findet eine Reflexion statt, die den Inten sitätssprung verstärkt.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß der Empfänger sowohl den Teil der Strahlen aufnimmt, die an der Materialkante vorbeigegangen, also auf keine Grenzfläche des Materials aufgetroffen sind, als auch den Teil, der trotz viermaliger Reflexion noch durch das Material hindurchging. Da beide Werte erfaßt werden können, ist es auch möglich, eine Verschmutzung oder Kratzer des Materials zu erfas sen, da diese die Reflexivität herabsetzen und dadurch der Transmissionsanteil erhöht wird. Außerdem kann durch die Verwendung beider Meßwerte eine Korrektur der Einzelwerte, zum Beispiel durch Mittelwertbildung, erreicht werden und es ist auf diese Weise möglich, eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Im Ergebnis sind bei dieser Ausgestaltung dieselben Vorteile erzielbar wie bei der Ausführungsform mit zwei Empfängern, einem Reflexions- und einem Transmissionsempfänger. Bei der Ausge staltung, bei der der Reflektor die reflektierten Strahlen parallel zu den einfallenden Strahlen zurückwirft, ist es möglich, daß Lichtquelle und Empfänger eine Funktionsein heit bilden. Es kann dann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, daß sich beide in einem Gehäuse befinden. Der Reflektor kann derart ausgebildet sein, daß er die Polarisations richtung des Lichts um 90° dreht.

Die Lichtquelle kann auf verschiedene Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise kann eine Punktlichtquelle verwendet werden, deren Abstrahlungscharakteristik gegebenenfalls durch Vorschalten von geeigneter Optik, beispielsweise Blenden an die Verhältnisse angepaßt wird. Von der Art der Beleuchtung ist die Empfindlichkeit des Meßverfahrens gegenüber einer Abstandsänderung des transparenten Bandes zu Sender und Empfänger abhängig. Zweckmäßigerweise wird jedoch vorgesehen, daß die Licht quelle parallele Lichtstrahlen aussendet, wobei sich die Lichtstrahlen in einem Bereich quer zur Kante erstrecken. Ein derartiger paralleler Strahlengang hat den Vorteil, daß Abstandsschwankungen der Materialoberfläche zu Sender und Empfänger nicht als Fehler in die Messung eingehen. Selbstverständlich muß gewährleistet sein, daß durch das Licht der Bereich der Kante des Materials auf dem Empfänger abgebildet wird. Dazu sind bei der Bemessung des Bereichs zu erwartende Schwankungen der Lage der Kante einzukalkulieren. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Lichtquelle einen gescannten Strahl aussendet, der einen Bereich überstreicht, welcher sich derart quer zur Kante erstreckt, daß die Kante bei zu erwartenden Schwankungen ihrer Lage erfaßt wird. Auch beim gescannten Strahl ist es möglich, diesen parallel zu bewegen.

Der Empfänger wird zweckmäßigerweise derart ausgebildet, daß er sich über einen Bereich erstreckt, der den ausgesendeten Lichtstrahlen entspricht. Als Empfänger kann ein Fotoempfänger, beispielsweise eine Diodenzeile vorgesehen sein.

Um Veränderungen, beispielsweise einer Verschmutzung des Bandes Rechnung zu tragen, kann vorgesehen sei, daß ein Regler für die Regelung der Intensität der durch die Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahlen vorgesehen ist, wobei die Eingangsgrößen die Stärke der empfangenen Lichtstrahlen vor und nach dem Intensitätssprung sind, und das Regelungsziel die Verbesserung des Intensitätssprungs ist. Weiterhin ist es möglich, daß der Regler eine Anzeige aktiviert, die ein Signal gibt, wenn die Reflexion der Licht strahlen durch das Material zur exakten Bestimmung der Lage der Kante nicht mehr ausreicht.

In die Vorrichtung läßt sich eine zusätzliche Funktion integrieren, indem der Empfänger flächenhaft ausgebildet wird und dadurch eine Schräglage der Kante ermittelbar ist oder indem die Lage der Kante an zwei beabstandeten Bereichen erfaßt und daraus eine Schräglage der Kante ermittelt wird.

Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Steuerung eines bewegten Materials, beispielsweise eines Förderbandes. Deshalb sieht die Erfindung eine Steuervorrichtung der bereits oben erwähnten Art vor.

Eine solche Steuervorrichtung kann derart ausgebildet sein, daß sie eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Materials aufweist, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist. Konkrete Ausgestaltungen der Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Materials ergeben sich auch für die Steuerein richtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 28.

Auch für die Steuervorrichtung ist eine zusätzliche Funktion möglich, indem mindestens ein Empfänger die Daten über eine Schräglage der Kante des Materials ermittelt und der Steuereinrichtung zuführt, wobei letztere derart ausgebildet ist, daß sie eine Korrektur der Schräglage vornimmt. Steuereinrichtungen zur Korrektur der Lage oder einer Schräglage einer Kante sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispiels weise als Bahnkantensteuerungen.

Selbstverständlich lassen sich sämtliche funktionelle Ausgestaltungen des Verfahrens sowohl durch die vorgeschlagenen als auch durch weitere Ausführungsformen sowohl bei der Vorrichtung als auch bei der Steuereinrichtung realisieren.

Einige prinzipielle Ausgestaltungsmöglichkeiten der Vorrichtung wie der Steuerein richtung werden anhand der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Darstellung zweier Möglichkeiten der Realisierung der Erfindung,

Fig. 2 eine Banderfassung in Draufsicht,

Fig. 3 eine Ausgestaltung mit einer Erfassung von zwei Reflexionen,

Fig. 4 eine Ausgestaltung mit einem zusätzlichen Empfänger,

Fig. 5 eine Ausgestaltung mit Reflektor,

Fig. 6 den Strahlengang der Ausgestaltung mit Reflektor,

Fig. 7 eine Ausgestaltung mit einer Reflexion der Strahlen durch einen Reflek tor parallel zu dem einfallenden Licht,

Fig. 8 eine Ausführungsform mit Steuervorrichtung und

Fig. 9 eine Ausführungsform mit einer Regelung der Lichtquelle.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung zweier Möglichkeiten der Realisierung der Erfindung. Über einem Material 1, beispielsweise einem Förderband, ist eine Lichtquelle 4 ange bracht, die in Richtung des Pfeils 8 Lichtstrahlen 2 auf die Grenzfläche 7 zwischen Luft und Material 1 richtet. Bei den Lichtstrahlen handelt es sich um polarisiertes Licht und der Einstrahlwinkel α ist derart gewählt, daß das polarisierte Licht 2 an der Grenzfläche 7 ganz oder zum großen Teil reflektiert wird. Diese Reflexion findet statt soweit die Lichtstrahlen 2 auf das Material 1 treffen. Soweit die Lichtstrahlen 2 an der Kante 3 des Materials 1 vorbeigehen, werden diese Lichtstrahlen 2 nicht reflektiert. Die an der Ober fläche 7 reflektierten Lichtstrahlen 2' werden von einem auf derselben Seite wie die Lichtquelle 4 angeordneten Empfänger 5 erfaßt, der auf diese Weise dort einen Inten sitätssprung des Lichtstrahls 2' ermittelt, wo die Lichtstrahlen 2 nicht mehr reflektiert werden, sondern an der Kante 3 des Materials 1 vorbeigehen. Durch diesen Intensitäts sprung läßt sich die genaue Lage der Kante 3 des Materials 1 bestimmen.

Alternativ zu den reflektierten Lichtstrahlen 2' können auch die Teile des Lichtstrahls 2 ermittelt werden, die nicht durch die Grenzfläche 7 reflektiert wurden. Dazu wird ein Empfänger 5, wie dies gestrichelt dargestellt ist, auf der der Lichtquelle 4 gegenüber liegenden Seite des Materials 1 angeordnet. Dieser Empfänger 5 kann außer dem nicht reflektierten Teil der Lichtstrahlen 2 auch ein durch das Material hindurchgetretenes Licht 12 empfangen, wodurch der Intensitätssprung sichtbar wird. Der Vergleich des durch das Material 1 hindurchgetretenen Lichtes 12 mit dem unmittelbar zum Empfänger 5 gelangenden Licht 2 kann dazu dienen, zusätzlich Veränderungen des Materials 1, zum Beispiel eine Verschmutzung festzustellen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für den Fall starker Verschmutzung die Absorption von Strahlung ebenfalls einen Intensitätssprung erzeugt und dadurch ein Nachlassen der Reflexion bei transparentem Material 1 zu einem gewissen Grad durch einen Anstieg der Absorption ausgeglichen wird. Auf diese Weise wird eine Beeinträchtigung durch Verschmutzung eines transparenten Bandes weitgehendst vermieden.

Fig. 2 zeigt eine Banderfassung in Draufsicht, wobei das als Band ausgebildete Material 1 sich in Richtung des Pfeils 15 fortbewegt und die Kante 3 erfaßt werden muß. Zu diesem Zweck werden Lichtstrahlen 2 auf einen Bereich 16 gerichtet, der in seiner Größe derart ausgestaltet ist, daß auch bei maximalen Schwankungen die Lage der Kante 3 erfaßt werden kann. Diese Erfassung der Kante innerhalb des Bereichs 16 kann in der bereits dargestellten oder einer weiter unten aufgeführten Art und Weise vorge nommen werden.

Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung mit einer Erfassung von zwei Reflexionen 2' und 2". Das von der Lichtquelle 4 auf das Material 1 gerichtete polarisierte Licht 2 wird nicht nur an der Oberfläche, also der Grenzfläche 7 zwischen Luft und Material 1, sondern auch an der Unterseite, also der Grenzfläche 7' zwischen Material 1 und Luft reflektiert. Auf diese Weise entstehen zwei reflektierte Lichtstrahlen 2' und 2". Diese Ausfüh rungsform sieht vor, daß der Empfänger 5 derart ausgebildet ist, daß er die beiden reflektierten Lichtstrahlen 2' und 2" empfängt und dadurch ein noch deutlicherer Intensitätssprung erzeugt wird. Das Funktionsprinzip ist im übrigen das zur ersten Alternative bei der Fig. 1 beschriebene.

Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung mit einem weiteren Empfänger 11. Dieser wurde zu der zu Fig. 3 beschriebenen Ausgestaltung hinzugefügt, um das durch das Material 1 hindurchtretende Licht 12 und das an der Kante 3 vorbeigehende Licht 2 zur Ermittlung des Intensitätssprungs zu empfangen. Ist die Reflektivität des Bandes ausreichend, so können beide Empfänger 5 und 11 zur Bestimmung der Lage der Bandkante 3 heran gezogen werden. Durch die Verwendung beider Meßwerte ist eine Korrektur des Einzelmeßwertes, zum Beispiel durch Mittelwertbildung möglich und damit eine höhere Genauigkeit erreichbar. Sinkt die Reflektivität des Bandes 1 durch Verschmutzung und damit auch die Intensitätsdifferenz auf dem Reflexionsempfänger 5, so muß sicher gestellt werden, daß sich die Ermittlung der seitlichen Bandkantenlage 3 allein auf den Transmissionsempfänger, also den weiteren Empfänger 11 stützt. Das Signal des Empfängers 5 oder beider Empfänger 5 und 11 kann auch zur Ermittlung von Verschmutzung oder auch von Kratzern des Bandes 1 herangezogen werden.

Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltung mit einem Reflektor 10. Die Anordnung der Lichtquelle 4 und der Richtung 8 des Strahlengangs 2 entspricht dem oben beschriebenen, jedoch ist auf der gegenüberliegenden Seite des Materials 1 ein Reflektor 10 angeordnet, der das Licht 2 und 12 reflektiert und dadurch nochmals in Richtung des Materials 1 schickt. Das durch den Reflektor 10 reflektierte Licht 2, 12 wird von einem Empfänger 5, der auf der dem Reflektor 10 gegenüberliegenden Seite des Materials 1 angeordnet ist, empfangen. Dabei wird ein sehr deutlicher Intensitätssprung erzeugt, da das nicht durch das Material 1 hindurchgehende Licht 2 nahezu die volle Stärke aufweist und das durch das Material 1 hindurchgehende Licht 12 in seiner Intensität wesentlich vermindert ist. Letzteres wird dadurch erreicht, daß bezüglich des Lichtstrahls 2 bei dem Auftreffen auf die Grenzfläche 7 eine erste Reflexion 2' stattfindet und danach an der Grenzfläche 7' eine zweite Reflexion 2". Nach dem Reflektieren durch den Reflektor 10 wird wiederum an der Grenzfläche 7' eine dritte Reflexion 2''' und beim Auftreffen auf die Grenzfläche 7 eine vierte Reflexion 2"" erzeugt. Dadurch kommt von den Strahlen 12, die durch das Material 1 hindurchgehen, nahezu nichts mehr beim Empfänger 5 an und es wird dadurch ein deutlicher Intensitätssprung erzeugt.

Fig. 6 zeigt den Strahlengang 2 bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 5. Zusätzlich zu dem zu Fig. 5 beschriebenen kommt es an den Grenzflächen 7 und 7' zu Brechungen 17 des Lichtstrahls 2. Da sich durch diese Brechungen 17 die Richtung des Strahls 2 ändert, muß bereits bei der Auswahl des Einstrahlwinkels α berücksichtigt werden, daß der Einstrahlwinkel auch bei dem nachfolgenden Grenzflächen 7' und 7 ausreicht, um eine hohe Reflexion 2", 2''' und 2"" zu erzeugen. Außerdem ist diese Tatsache auch bei der Anordnung des Reflektors 10 und des Empfängers 5 zu berücksichtigen.

Fig. 7 zeigt eine Ausgestaltung mit einer Reflexion der Strahlen 2 und 12 durch einen Reflektor 10, der die Strahlen 2, 12 parallel zu dem einfallenden Licht 2, 12 reflektiert. Dazu ist der Reflektor 10 der Lichtquelle 4 gegenüberliegend auf der anderen Seite des Materials 1 angeordnet und die Lichtstrahlen 2, 12 treffen senkrecht auf den Reflektor 10. Dadurch ist die Richtung 8 des reflektierten Strahlengangs parallel zur Richtung 8 des am Reflektor 10 eintreffenden Strahlengangs. Auf diese Weise kann ähnlich wie in der Fig. 6 an vier Grenzflächen 7, 7' eine Reflexion 2', 2", 2''' und 2"" erzeugt werden. Auch bei dieser Ausführungsform erhält man auf diese Weise einen ausge prägten Intensitätssprung. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß die Lichtquelle 4 und der Empfänger 5 als ein integriertes Bauelement ausgebildet werden können, beispielsweise ist es möglich, daß sie beide im selben Gehäuse angeordnet sind. Auf diese Weise wird der Raumbedarf in der Maschine verringert und der Einbau erleichtert. Auch hier kann der Empfänger 5 derart ausgebildet werden, daß er auch die durch das Material 1 hindurchgetretenen Anteile des Lichts 12 empfängt. Auf diese Weise kann eine Verschmutzung des Bandes ermittelt werden.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform mit einer Steuervorrichtung zur Steuerung der Lage des Materials 1. Das Material 1 ist hier als Band ausgeführt, das sich in Richtung des Pfeils 15 bewegt. Mit einer gemäß Fig. 3 ausgestalteten Vorrichtung wird die Lage der Kante 3 des Bandes 1 ermittelt und diese vom Empfänger 5 an eine Auswerteeinrich tung 6 gegeben, welche die Ist-Lage mit der Soll-Lage vergleicht und Signale für eine Korrektur der Lage des Bandes einer Steuereinrichtung 9 weitervermittelt, die als Band steuerung die Lage der Kante 3 derart reguliert, daß diese bei Abweichungen zu ihrem Sollwert zurückgeführt wird. Selbstverständlich kann die Vorrichtung zur Erfassung der Lage der Kante 3 beliebig ausgestaltet sein, wobei sämtliche dargestellten Ausführungs formen möglich sind. Statt eines Bandes können auch Platten oder eine andere Ausgestaltung eines Materials 1 erfaßt werden. Entsprechend der Ausgestaltung des Materials 1 muß es sich bei der Steuereinrichtung 9 um eine Bahnkantensteuerung oder um eine Steuerung für die Ausrichtung von Platten oder sonstigem Material 1 handeln.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform mit einer Regelung der Lichtquelle 4. Für eine solche Regelung kann zum Beispiel der Anteil der Lichtstrahlen 2, die unmittelbar beim Empfänger 5 eintreten, und die durch das Material 1 hindurchtretenden Teile des Lichts 12 erfaßt werden. Kommt es dabei zu Abweichungen, indem beispielsweise das durch das Material 1 hindurchgetretene Licht 12 zum Beispiel wegen abnehmender Reflek tivität stärker oder wegen zunehmender Absorption schwächer wird, so ist dies ein Zeichen dafür, daß das Band 1 verschmutzt. Um trotzdem einen ausreichenden Inten sitätssprung zu erzielen, werden die Werte an einen Regler 13 geleitet, der beispiels weise das Licht der Lichtquelle 4 verstärkt, abschwächt oder sonstige Regelungen zur Verbesserung des Intensitätssprungs vornimmt. Selbstverständlich kann auch ein Empfänger 5 oder 11 oder eine Auswerteeinrichtung 6 mit diesem Ziel nachreguliert werden. Statt dem durch das Material 1 hindurchtretenden Licht 12 kann jedoch für eine solche Regelung auch das an der Grenzfläche 7 reflektierte Licht 2' erfaßt werden und eine Verringerung der Reflexion 2' für eine Regelung der Lichtquelle 4 durch den Regler 13 herangezogen werden. Wird die Verschmutzung des Materials 1 zu groß, so kann durch eine Anzeigevorrichtung 14 ein optisches oder akustisches Signal abgege ben werden, das anzeigt, daß die Störung beseitigt werden muß.

Die Darstellungen und Beschreibungen sind lediglich beispielhaft. Das erfindungs gemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich selbstverständlich auch für nicht transparentes Material 1 einsetzen, da dieses ebenfalls Lichtstrahlen reflektiert. Auch ist es möglich bei schmalen Bändern durch die Lichtstrahlen den Bereich des gesamten Bandes, also beide Kanten 3 zu erfassen. Um die Lage von plat tenförmigen Material zu erfassen, kann das erfindungsgemäße Verfahren außer den Außenkanten 3 in Transportrichtung 15 auch die Lage der Vorder- oder der Hinterkante ermitteln, um so eine exakte Zuführung dieser Platten zu einer weiterverarbeitenden Einrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu garantieren. Weiterhin kann die Anzei gevorrichtung 14 so ausgestattet sein, daß sie die Lage einer Kante 3, den Grad der Verschmutzung oder sonstige Parameter anzeigt oder Signale abgibt, wie eine Warnung, wenn der Intensitätssprung nicht mehr ermittelt werden kann, die zu ermittelnde Kante 3 nicht mehr im Erfassungsbereich liegt oder eine sonstige Störung eingetreten ist.

Bezugszeichenliste

1

Material (Band)

2

,

2

',

2

",

2

''',

2

"" Lichtstrahlen/Strahlengang

2

ausgesendetes bzw. nicht durch eine Grenzfläche des Materials reflek tiertes Licht

2

' erste Reflexion des Lichtstrahls

2

" zweite Reflexion

2

''' dritte Reflexion

2

"" vierte Reflexion

3

Kante des Materials

4

Lichtquelle

5

Empfänger (Reflexionsempfänger)

6

Auswerteeinrichtung

7

,

7

' Grenzflächen des Materials

7

Grenzfläche Luft-Material (in Richtung des Strahlengangs)

7

' Grenzfläche Material-Luft (in Richtung des Strahlengangs)

8

Pfeil: Richtung des Strahlengangs

9

Steuereinrichtung

10

Reflektor

11

weiterer Empfänger (Transmissionsempfänger)

12

durch das Material hindurchtretendes Licht

13

Regler

14

Anzeigevorrichtung

15

Pfeil: Laufrichtung des Bandes

16

Bereich, der durch die Messung erfaßt wird

17

Brechung des Lichtstrahls
α Einstrahl- und Ausfallwinkel

Claims

1. Verfahren zur Erfassung der Lage eines Materials (1), insbesondere eines Förder bandes, wobei Lichtstrahlen (2) auf den Bereich einer Kante (3) des Materials (1) gerichtet sind und ein Intensitätssprung des Lichtstrahls (2, 2') infolge der teilwei sen Einfügung des Materials (1) in den Strahlengang (2) erfaßt und zur Ermittlung der Lage des Materials (1) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Lichtstrahlen (2) um polarisiertes Licht handelt, und der Strahlengang (2) derart gegen Grenzflächen (7, 7') des Materials (1) gerichtet ist, daß zumindest eine teilweise Reflexion (2', 2", 2''', 2"") auftritt und der dadurch hervorgerufene Intensitätssprung erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierte Licht (2', 2", 2''', 2"") erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht durch eine Grenzfläche (7, 7') des Materials (1) reflektierte Licht (2) erfaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstrahlwinkel (α) des Lichts (2) auf die Grenzfläche (7) derart gewählt ist, daß eine hohe Reflexion erzielt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstrahlwinkel (α) zwischen 40 und 80° beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstrahlwinkel (α) mindestens 60° beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß linear polarisiertes Licht (2) verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zur Einfallsebene polarisiertes Licht verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl (2) so geführt wird, daß der Intensitätssprung erst nach mehreren Reflexionen (2', 2", 2''', 2"") an Grenzflächen (7, 7') erfaßt wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer Lichtquelle (4), einem Empfänger (5) und einer Auswerteein richtung (6), dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Lichtquelle (4) für polarisiertes Licht (2) handelt, daß die Lichtquelle (4) derart auf Grenzflächen (7, 7') des Materials (1) gerichtet ist, daß zumindest eine teilweise Reflexion (2', 2", 2''', 2"") auftritt, daß der Empfänger (5) den durch die Reflexion (2', 2", 2''', 2"") hervorgerufenen Intensitätssprung erfaßt und die Auswerteeinrichtung (6) den Intensitätssprung zur Darstellung der Lage des Materials (1) auswertet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) und der Empfänger (5), letzterer entsprechend dem Ausfallswinkel (α) des reflektierten Lichts (2'), auf einer Seite des Materials (1) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (5) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er die reflek tierten Lichtstrahlen (2', 2") beider Grenzflächen (7, 7') des Materials (1) empfängt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Materials (1) ein weiterer Empfänger (11) derart angeordnet ist, daß er das durch das Material (1) hindurch tretende Licht (12) empfängt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (5) auf der gegenüberliegenden Seite des Materials (1) für den Empfang des nicht reflektierten Lichts (2) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Seite des Materials (1) die Lichtquelle (4) angeordnet ist und an der anderen Seite ein Reflektor (10) in den Strahlengang (2) eingefügt ist, wobei ein Empfänger (5) derart angeordnet ist, daß er den durch den Reflektor (10) reflek tierten Strahlengang (2) aber nicht einen durch eine Grenzfläche (7, 7') reflek tierten Strahlengang (2', 2", 2''', 2"") erfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (5) auf derselben Seite des Materials (1) angeordnet ist wie die Lichtquelle (4), derart, daß sich der Intensitätssprung durch zweimaligen Hindurchtritt des Strahls (2) durch den Bereich (16) der Kante (3) verstärkt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) und der Empfänger (5) mit dem Reflektor (10) ein Dreieck bilden, das sich durch Einstrahlwinkel und Ausfallswinkel (α) des Lichts (2) am Reflektor (10) ergibt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (10) derart angeordnet ist, daß die durch ihn reflektierten Strahlen (2) parallel zu den einfallenden Strahlen (2) verlaufen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) und der Empfänger (5) eine Funktionseinheit bilden.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (10) derart ausgebildet ist, daß er die Polarisationsrichtung des Lichts (2) um 90° dreht.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) parallele Lichtstrahlen (2) aussendet, wobei sich die Licht strahlen (2) derart quer zur Kante (3) erstrecken, daß diese einen Bereich (16) zu erwartender Schwankungen der Lage der Kante (3) abdecken.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) eine gescannten Strahl (2) aussendet, der einen Bereich (16) überstreicht, welcher sich derart quer zur Kante (3) erstreckt, daß die Kante (3) bei zu erwartenden Schwankungen ihrer Lage erfaßt wird.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (5) sich über einen Bereich (16) erstreckt, der den ausgesen deten Lichtstrahlen (2) entspricht.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (5) ein Diodenzeile ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler (13) für die Regelung der Intensität der durch die Lichtquelle (4) ausgesendeten Lichtstrahlen (2) vorgesehen ist, wobei die Eingangsgrößen die Stärken der empfangenen Lichtstrahlen (2) vor und nach dem Intensitätssprung sind und das Regelungsziel die Verbesserung des Intensitätssprungs ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (13) eine Anzeige (14) aktiviert, wenn die Reflexion (2', 2", 2''', 2"") der Lichtstrahlen (2) durch das Material (1) zur exakten Bestimmung der Lage der Kante (3) nicht mehr ausreicht.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (5) flächenhaft ausgebildet ist und dadurch eine Schräglage der Kante (3) ermittelt.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Kante (3) an zwei beabstandeten Bereichen (16) erfaßt und daraus eine Schräglage der Kante (3) ermittelt wird.

29. Steuervorrichtung für ein bewegtes Material (1), beispielsweise ein Förderband mit einer Lichtquelle (4), die den Bereich (16) einer Kante (3) des bewegten Materials (1) mit einem Lichtstrahl (2) beaufschlagt, einem Empfänger (5), der einen Intensitätssprung des Lichtstrahls (2) infolge der teilweisen Einfügung des Materials (1) in den Strahlengang (2, 2', 2") erfaßt, sowie einer Auswerte- und Steuereinrichtung (6, 9), die das Material (1) bezüglich seiner Lage steuert, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Lichtquelle (4) für polarisiertes Licht (2) handelt, daß die Lichtquelle (4) derart auf Grenzflächen (7, 7') des Materials (1) gerichtet ist, daß zumindest eine teilweise Reflexion (2', 2", 2''', 2"") auftritt, und daß der Empfänger (5) den durch die Reflexion (2', 2", 2''', 2"") hervorgerufenen Intensitätssprung erfaßt und dessen Lage der Auswerte- und Steuereinrichtung (6, 9) zur Steuerung der Lage des Förderbandes (1) dient.

30. Steuervorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Materials (1) aufweist, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.

31. Steuervorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Materials (1) aufweist, die nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 28 ausgebildet ist.

32. Steuervorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Empfänger (5) die Daten über eine Schräglage der Kante (3) ermittelt und der Steuereinrichtung (9) zuführt, wobei letztere derart ausgebildet ist, daß sie eine Korrektur der Schräglage vornimmt.