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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Kanten von blattförmigen Bedruckstoffen,
insbesondere von Transparenten, die auf einem Transportpfad durch
eine bogenverarbeitende Maschine bewegt werden, gemäß des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Typischerweise
werden Vorrichtungen der genannten Art eingesetzt, um die Position
eines blattförmigen
Bedruckstoffs auf seinem Weg durch eine bogenverarbeitende Maschine
zu bestimmen, insbesondere, um aufgrund eines Signals, das die Vorrichtung
bei Präsenz
eines solchen blattförmigen
Bedruckstoffs erzeugt, einen Vorgang auszulösen, z. B. den Beginn eines
Druck- oder Druckweiterverarbeitungsvorgangs. Bei dem blattförmigen Bedruckstoff kann
es sich dabei insbesondere um beliebig bedrucktes oder unbedrucktes
Papier oder um beliebig bedruckte oder unbedruckte Transparente
handeln.
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Das
Erkennen einer Vorder- oder Hinterkante eines solchen blattförmigen Bedruckstoffs
ist dann besonders wichtig, wenn mehrere Bearbeitungsvorgänge innerhalb
der bogenverarbeitenden Maschine eine feste räumliche Beziehung auf dem blattförmigen Bedruckstoff
aufweisen sollen, z. B. dem Drucken von unterschiedlichen Farbauszügen und/oder dem
positionsgenauen Einbringen von Löchern, Falzen oder anderen
Vorgängen
relativ zueinander.
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Zur
Erkennung der Kante eines blattförmigen Bedruckstoffs
werden die unterschiedlichsten Techniken eingesetzt, besonders häufig werden
allerdings optische Sensoren verwendet. Hier werden Reflexions-
und Transmissionssensoren unterschieden, je nach dem, ob sich Sender
und Empfänger
auf der gleichen Seite des blattförmigen Bedruckstoffs befinden
oder auf gegenüberliegenden
Seiten des blattförmigen
Bedruckstoffs angeordnet sind.
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Eine
besondere Problematik tritt bei der Erkennung von Kanten von Transparenten
auf. Hier kann man sich die Eigenschaft von transparenten Materialien
zunutze machen, die von den Fresnel'schen Formeln beschrieben wird, nämlich dass der
Reflexionsgrad einer transparenten Oberfläche von dem Einfallswinkel
der Strahlung abhängt
und mit zunehmendem Winkel zum Lot der Oberfläche stark ansteigt.
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Dieses
Prinzip wird beispielsweise in dem
US-Patent US 5,139,339 A ausgenutzt. Hier
sind ein Sender und zwei Empfänger
für Strahlung
oberhalb des Papierpfades derart angebracht, dass der erste Empfänger nur
diffus von der Oberfläche
des blattförmigen
Bedruckstoffs reflektiertes Licht empfangen kann, der zweite Empfänger dagegen
im Wesentlichen Strahlung empfängt,
die gemäß linearer
Strahlenoptik direkt von der Oberfläche des blattförmigen Bedrucksstoffs
reflektiert wird. Bei Abwesenheit eines blattförmigen Bedruckstoffs nimmt
keiner der Empfänger
eine Reflexion wahr. Durch diese Anordnung kann zwischen opaken
Oberflächen
(z. B. aus Papier), die im Wesentlichen diffus streuen und dadurch
hauptsächlich
am ersten Empfänger
ein Signal erzeugen und transparenten Oberflächen, die hauptsächlich am
zweiten Empfänger
ein Signal erzeugen, unterschieden werden.
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In
der
US-Patentschrift
US 5,859,440 A ist ein anderes Prinzip zur Detektion von
Kanten von Transparenten offenbart, der den Schattenwurf an einer
Kante eines transparenten Materials ausnützt. Wird Licht unter einem
flachen Winkel auf die Kante eines transparenten Materials gestrahlt,
kommt es innerhalb des transparenten Materials an der Oberfläche der
Außenkante
zur Totalreflexion, so dass auf der dem Sender abgewandten Seite
der Kante ein Schattenbereich entsteht, der von einem geeigneten optischen
Sensor detektiert werden kann. Ein solcher Schatten entsteht auch
bei opakem Material, so dass der Sensor ebenfalls für die Erkennung
von Kanten von blattförmigen
Bedruckstoffen eingesetzt werden kann.
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In
der japanischen Patentschrift
JP 62202206 A wird eine optische Vorrichtung
zum Erkennen von Kanten von blattförmigen Bedruckstoffen gezeigt,
bei dem Sender und Empfänger
auf unterschiedlichen Seiten des blattförmigen Bedruckstoffs liegen.
Hierbei wird eine ausgedehnte Lichtquelle mittels einer Optik auf
der anderen Seite des blattförmigen
Bedruckstoffs auf eine ausgedehnte Detektionszeile projiziert, die
eine genaue Position der Kante erfasst. Um ebenfalls Kanten von
transparenten blattförmigen
Bedruckstoffen zu erkennen, bildet die optische Achse zwischen Sender
und Empfänger
einen flachen Winkel mit der Oberfläche des blattförmigen Bedruckstoffs.
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Die
DE 38 06 385 A1 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von Glasbahnen. Die Glasbahnen
werden dabei von einem Lichtpunkt abgetastet. Durch die Bahn hindurchtretendes Licht
wird auf ein Empfängersystem
geleitet und der Lichtimpuls wird in einem Rechner ausgewertet.
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Die
DE 100 45 261 A1 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines
Materials, insbesondere auch eines transparenten Materials. Dabei
werden Lichtstrahlen auf den Bereich einer Kante des Materials gerichtet
und ein sich ergebender Intensitätssprung
des Lichtstrahls wird erfasst und zur Ermittlung der Lage des Materials
ausgewertet. Für
die Lageerfassung von transparentem Material sind Lichtstrahlen
aus polarisiertem Licht vorgesehen.
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Auch
die
DE 195 06 467
A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen
einer Lage einer Kante von Bahnen oder Bogen. Die Vorrichtung umfasst
dabei eine Mehrzahl von dicht nebeneinander angeordneten photoelektrischen
Empfängern.
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Es
besteht aber weiterhin Bedarf nach einem Verfahren, mittels welchem
die Kante von blattförmigen
Bedruckstoffen besonders präzise
erfassen kann, unabhängig
davon, ob der blattförmige
Bedruckstoff transparent oder opak ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum verbesserten
Erkennen von Kanten von blattförmigen
Bedruckstoffen zu beschreiben, mittels dessen mindestens eine Kante
sowohl transparenter als auch opaker blattförmiger Bedruckstoffe erkannt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen
von Kanten von blattförmigen
Bedruckstoffen mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1
gelöst.
Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Dadurch,
dass der Strahlungsempfänger
im Verhältnis
zum Strahlungssender einen geringen Abstand zum Transportpfad aufweist,
kann gewährleistet
werden, dass der Strahl im Bereich des blattförmigen Bedruckstoffs nur eine
geringe Divergenz aufweist, was die Genauigkeit einer Positionsbestimmung
verbessert.
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Vorteilhafer
Weise wird der Empfänger
durch die Elektronik kurz vor der Kantenerfassung in Umgebungsbedingungen
kalibriert. Dadurch kann auch schon eine geringe Signalveränderung
des Empfängers,
ein verwertbares Signal, das der Position der Kante des blattförmigen Bedruckstoffs
entspricht, ausgewertet werden. Eine solche geringe Signaländerung
könnte
z. B. durch die Präsenz
eines transparenten Materials zustande kommen. Durch die Kalibration
des Empfängers
kurz vor der Erkennung der Kante können auf diese Weise Umwelteinflüsse wie Temperaturschwankungen,
Variationen in der Strahlungsintensität, Alterungseffekte, Verschmutzung, Nichtlinearitäten des
Senders bzw. des Empfängers usw.
ausgeglichen werden. In vorteilhafter Weise wird diese Kalibration
zyklisch durchgeführt,
besonders vorteilhaft nach Durchgang jedes blattförmigen Bedruckstoffs.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dicht vor dem Strahlungsempfänger
eine Blende, insbesondere eine Schlitzblende angeordnet. Dadurch
kann der Strahl, der von dem Sender auf den Empfänger auftritt, weiter reduziert
werden und die Genauigkeit einer Positionsbestimmung weiter verbessert
werden. Durch die Reduzierung des Strahldurchmessers mittels der Lochblende
dicht vor dem Empfänger
kann der Strahlungssender einen im Vergleich zur Schlitzbreite großen Strahlungskegel
aussenden. Dadurch und durch den erfindungsgemäß relativ großen Abstand zwischen
Sender und Oberfläche
des blattförmigen Bedruckstoffs
ist eine Montage und ein Ausrichten des Strahlungssenders zum Strahlungsempfänger im
Gehäuse
stark vereinfacht.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung verläuft
der Strahlengang in der Ebene der Kante des blattförmigen Bedruckstoffs
also im Wesentlichen parallel zu der zu erkennenden Kante und normal
zur Oberfläche
des blattförmigen
Bedruckstoffs. Auf diese Weise wird die effektive Breite der Kante
auf ein Minimum reduziert und eine Signalflanke des Strahlungsempfängers, die
für die
Ortsauflösung
relevant ist, steiler ausgeprägt,
was ebenfalls zu einer Verbesserung der Ortsauflösung beiträgt. Zusätzlich zu der Reduzierung des
Signals durch die Reflexion an der Unterseite des blattförmigen Bedruckstoffs
treten Beugungseffekte an der Kante des blattförmigen Bedruckstoffs auf, die
ein Signalveränderung
des Strahlungsempfängers
bewirken.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Strahlungssender
unterhalb des Transportpfades angeordnet, in einer Weise, dass damit
die Vorderkante und/oder Hinterkante eines blattförmigen Bedruckstoffs
erfasst wird. Die Erfassung einer zum Transportpfad des blattförmigen Bedruckstoffes
parallelen Kante liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Eine solche
Anordnung der Vorrichtung ist für die
seitliche Registrierung eines blattförmigen Bedruckstoffes von Vorteil.
Das Erkennen von Vorderkanten ist besonders vorteilhaft, um Vorgänge in der Bogenverarbeitenden
Maschine auszulösen,
z. B. das positionsgenaue Einbringen von Löchern. Gemeinsam mit dem Erkennen
einer Hinterkante des blattförmigen
Bedruckstoffs kann mittels einer geeigneten Elektronik eine genaue
Längenmessung
eines bewegten blattförmigen
Bedruckstoffs durchgeführt werden.
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In
vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens unterdrückt die
Elektronik ein Ausgangssignal des Strahlungsempfängers, sobald eine Kante detektiert
wurde, bis die Elektronik ein Eingangssignal empfangt, das das Ausgangssignal des
Strahlungsempfängers
wieder freigibt. Das ist besonders wirkungsvoll bei der Kantendetektion
von Transparenten. Bei bedruckten Transparenten kann z. B. ein Linienmuster
bei dem Strahlungsempfänger eine ähnliches
Signal wie die Vorderkante auslösen. Durch
eine vorgeschaltete Störungsunterdrückung können solche
störenden
Signale vermieden werden, indem die Ausgangssignale des Strahlungsempfänger nicht
an eine übergeordnete
Steuerung weitergegeben werden, sobald die Lage der Außenkante
detektiert wurde. Die übergeordnete
Steuerung schaltet den Strahlungsempfänger erst wieder frei, wenn
der blattförmige
Bedruckstoff den Strahlungsempfänger vollständig passiert
hat.
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In
einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Strahlungssender
im hochfrequenten Pulsbetrieb betrieben. Dadurch wird der Einfluss
von Fremdlicht auf das Signal des Empfängers reduziert. Ein geeigneter Lock-in-Verstärker oder
vergleichbare Elektronik sorgt für
die Selektion des hochfrequenten Signals von dem Umgebungslicht
oder anderen Einflüssen.
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In
besonders vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist die Elektronik eine Regelschleife zur Kompensation der Signale des
Strahlungsempfängers
auf. In dem Regelkreis wird aufgrund des empfangenen Signals der
Strahlungssender derart eingeregelt, um eine im Wesentlichen konstante
Intensität
der Strahlung, die beim Empfänger
ankommt zu bewirken.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Schnitts durch die Anordnung in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
entlang der Bewegungsrichtung der blattförmigen Bedruckstoffe;
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2 eine
dreidimensionale schematische Darstellung der Anordnung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
der blattförmigen
Bedruckstoffe;
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3 eine
schematische Ausführung
des Schaltkreises der Elektronik gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die 1 zeigt
die Anordnung der einzelnen Komponenten einer Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weitere, allgemein dem Fachmann bekannte und zum Betrieb der Vorrichtung
erforderliche Antriebs und/oder Führungsmittel sind nicht dargestellt
bzw. werden nur in allgemeiner Form beschrieben.
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Ein
Strahlungssender 31 in Form eines Infrarotlicht-emmitierender
Diode die im hochfrequenten Pulsbetrieb bestromt wird, ist unterhalb
eines Transportpfades für
blattförmige
Bedruckstoffe 1 angebracht. Der Transportpfad für die blattförmigen Bedruckstoffe 1 ist
durch Blattführungen 34 nach
oben und unten begrenzt, so dass sich der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 30 in
Richtung des mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichneten Pfeil
bewegten blattförmigen
Bedruckstoff 1 in einer definierten Ebene befindet.
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Knapp
oberhalb des Transportpfades ist mit dem vom Sender 31 ausgehenden
Strahlengang 35 fluchtend ein Strahlungsempfänger 32 angebracht, bei
dem es sich in dieser Ausführungsform
um eine für
Infrarotlicht empfindliche Diode handelt. Vor dem Strahlungsempfänger 32 ist
eine Blende 33 angebracht, in vorteilhafter Weise eine
Schlitzblende 33, wobei der Schlitz parallel zur Vorderkante
eines vorbeibewegten blattförmigen
Bedruckstoffes 1 steht. Durch die Blende 33 wird
der von dem Strahlungssender 31 ausgesandten zu einem Strahlungskegel aufgeweiteten
Strahl 351 auf einen schmaleren aktiven Strahl 352 reduziert,
der allein zu einem Signal am Strahlungsempfänger 32 beiträgt. Auch
andere Wellenlängen
der Strahlung sind denkbar, allerdings ist der störende Einfluss
von Fremdlicht bei sichtbarem Licht größer, bei UV-Licht, mit dem sich eine noch bessere
Ortsauflösung
erreichen ließe,
entstehen andere Probleme, wie z. B. für eine Bediener eventuell schädliches
Streulicht.
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Der
Strahlungsempfänger 32 ist
verhältnismäßig zum
Abstand des Strahlungssenders 31 dichter an dem Transportpfad
der blattförmigen
Bedruckstoffe 1 angebracht. Infrarotlicht emmitierende
Dioden weisen typischerweise einen relativ breiten Strahlkegel auf
(z. B. im Vergleich zu einem Laser). Durch die verhältnismäßig größere Entfernung
vom Strahlungssender zum blattförmigen
Bedruckstoff 1 ist die Divergenz des aktiven Strahls 352 im
Kantenbereich und damit im Bereich des nahen Strahlungsempfängers gering.
Um z. B. weiteres Streulicht zu vermeiden kann – wie in 2 – auch eine
Blende 33' vor
dem, Strahlungssender 31 angebracht sein.
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Wie
in 2 gezeigt, sind Strahlungssender 31 und
Strahlungsempfänger 32 derart
angeordnet, dass der Strahlengang 35 einen flachen Winkel
zu dem blattförmigen
Bedruckstoff 1 parallel zu der Kante des blattförmigen Bedruckstoffs 1 hat.
Das dient zur verbesserten Erkennung von transparenten blattförmigen Bedruckstoffen 1.
Da der Reflexionsgrad von transparenten Materialien gemäß der Fresnel'schen Formeln mit
zunehmendem Winkel steigt (dabei ist in diesem Fall der Winkel zum
Lot der transparenten Oberfläche
gemeint), kommt es selbst bei hochgradig transparenten blattförmigen Bedruckstoffen 1 zu
einer Verstärkung
der Reflexion an der Oberfläche
des transparenten blattförmigen
Bedruckstoffs 1, was zu einer Verringerung des Signals
am Strahlungsempfänger 32 führt, die
durch eine geeignete elektronische Auswerteschaltung 36 der
Kantenposition eines bewegten transparenten blattförmigen Bedruckstoffs 1 zugeordnet
werden kann.
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Mit
dem Strahlungssender 31 und dem Strahlungsempfänger 32 ist
eine solche Auswerteelektronik 36 verbunden, die detaillierter
in 3 dargestellt ist. Das hochfrequent gepulste Signal
des Strahlungsempfängers 32 wird
mittels eines Verstärkers 361 auf
ein günstiger
zu handhabendes Niveau verstärkt
und im Anschluss mit einem Demodulator 362 demoduliert.
Der Demodulator 362 steht mit einem Komparator 364 und
einem Regler 365 in Verbindung. Der Regler 365 sorgt über einen
Sendeverstärker 369,
der mit dem Strahlungssender 31 verbunden ist, dafür, dass
die Strahlungsintensität
des Strahlungssenders 31 so eingeregelt wird, bis am Demodulator 362 ein
konstanter Empfangspegel entsteht. Der Komparator 364 gibt
einer Steuerung S, die z. B. das übergeordnete System einer nicht
gezeigten, dem Fachmann bekannten bogenverarbeitenden Maschine darstellt,
ein durch eine Störunterdrückungseinheit 366 gefiltertes
Ausgangsignal "Kante" 367 weiter,
und meldet dadurch die Veränderung
des Signals des Strahlungsempfängers 32 bei Anwesenheit
einer Kante.
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Die
Auswerteelektronik 36 steht aber auch umgekehrt mit der übergeordneten
Steuerung S in Verbindung, die einer Ablaufsteuerung 363 ein
Eingangssignal "Aktivierung" 368 zur
Durchführung
einer Kalibration des Signalpegels am Komparator 364 abgibt.
Eine solche Kalibration wird stets kurz vor der vermutlichen Detektion
einer Kante durchgeführt. Dabei
wird angenommen, das die übergeordnete Steuerung
der bogenverarbeitenden Maschine in etwa die Position der blattförmigen Bedruckstoffe 1 auf
dem Transportpfad durch die bogenverarbeitenden Vorrichtung kennt.
Die Störungsunterdrückung 366 schaltet
das Ausgangssignal 367 ab, sobald die Kante detektiert
und das Ausgangssignal "Kante
detektiert" an die übergeordnete
Steuerung S abgegeben wurde. Sobald der blattförmige Bedruckstoff 1 den
Strahlungsempfänger 32 vollständig passiert hat,
gibt die übergeordnete
Steuerung das Eingangssignal 368 an die Elektronik ab,
wodurch unter anderem die Störungsunterdrückung 366 das
Ausgangssignal 367 des Strahlungsempfänger 32 wieder freigibt.
Dadurch wird das fehlerhafte erkennen von Kanten, z. B. von Schrift
auf einem transparenten blattförmigen
Bedruckstoff 1 verhindert.
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Durch
die Kalibration wird das Signal des Strahlungsempfängers 32 vor
dem Detektieren einer Kante unter Umgebungsbedingungen mittels des Reglers 365 und
dem Sendeverstärker 369 so
eingeregelt, dass wie beschrieben eine konstante Strahlungsintensität am Demodulator 362 herrscht.
Dadurch können
auch kleine Abweichungen der Strahlungsintensität, wie sie z. B. durch hochtransparente blattförmige Bedruckstoffe 1 verursacht
werden, sicher erkannt und der Position einer Kante zugeordnet werden.
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Dabei
ist es durch die vorher beschriebenen Maßnahmen unerheblich, ob es
sich um eine Kante eines transparenten blattförmigen Bedruckstoffs 1 oder
um die eines opaken blattförmigen
Bedruckstoff 1 handelt.
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Obwohl
hier die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen
einer Vorderkante beschrieben wurde, ist gleichermaßen die
Verwendung für
das Erkennen einer Hinterkante von blattförmigen Bedruckstoffen durchführbar. Darüber hinaus
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch in bahnenverarbeitenden Maschinen verwendet werden, um die
Seitenkanten zu detektieren. Darüber
hinaus kann die Vorrichtung auch zum Erkennen von Kanten eines statischen
blattförmigen
Bedruckstoffs verwendet werden, wenn die Vorrichtung entsprechend
beweglich gelagert ist.
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- 1
- blattförmiger Bedruckstoff
- 2
- Bewegungsrichtung
- 30
- Vorrichtung
- 31
- Strahlungssender
- 32
- Strahlungsempfänger
- 33,
33'
- Blende
- 34
- Blattführung
- 35
- Strahlengang
- 351
- aufgeweiteter
Strahl
- 352
- aktiver
Strahl
- 353
- reflektierter
Strahl
- 36
- Auswerteelektronik
- 361
- Verstärker
- 362
- Demodulator
- 363
- Ablaufsteuerung
- 364
- Komparator
- 365
- Regler
- 366
- Störunterdrückung
- 367
- Ausgangssignal "Kante"
- 368
- Eingangssignal "Aktivierung"
- 369
- Sendeverstärker
- S
- Steuerung