SE502547C2 - Sätt och anordning för att avkänna läget för en tvärgående big hos en förpackningsbana - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 502 547 ha en bredd av 1,8 m och en höjd av blott 0,03 mm. Bigen är dessutom inte särskilt väldefinierad i sin form och har knappast några skarpa kanter. Höjden hos bigen är dessutom så ringa att ojämnheter hos förpackningsbanan kan störa av- känningen av en big.

Svårigheterna att avkänna läget av en big hos en för- packningsbana är stora vid en bana som är belagd med alumi- nium, vilket ganska ofta är fallet, och än större då så inte är fallet.

I inledningen av det arbete som ledde fram till före- liggande uppfinning provades ett antal optiska metoder att avkänna bigar. Man riktade ljus på olika sätt mot en i rörelse varande förpackningsbana och fångade upp detta ljus med hjälp av fotodetektorer för att alstra en mätsignal.

Det visade sig att flera av dessa metoder var fullständigt omöjliga att gå vidare med; någon metod kunde fungera för en aluminiumbelagd bana men inte för en ej aluminiumbelagd bana. Anledningen till detta är att signaler från en ej aluminiumbelagd bana är mycket svåra att detektera, efter- som det sker en diffus spridning av ljuset, då detta träffar banan. Endast förhållandevis stora och distinkta bigar kunde detekteras med denna metod.

Det har redan sagts att en big har en mycket ringa höjd och inga skarpa kanter, varför det icke blott är en svårighet att överhuvud taget skaffa sig en signal från bigen utan även att därefter behandla denna signal på ett sådant sätt att en tillförlitlig och exakt indikering av bigens läge kan uppnås.

Uppfinningen Lösningen på de ovannämnda problemen att avkänna läget för en tvärgående big hos en i rörelse varande för- packningsbana ligger enligt uppfinningen i att ljus reflekterat från förpackningsbanan och här- rörande från en huvudsakligen vinkelrätt mot banan riktad ljusstråle uppfångas med hjälp av fotodetektorer från två 10 15 20 25 30 35 502 547 håll i banans rörelseriktning och under stor vinkel i för- hållande till den mot banan riktade ljusstrålen, att en från fotodetektorerna härrörande, elektrisk mätsignal jämförs i en elektronisk signalprocessor med en i processorn lagrad referenssignal, vilken är representativ för en referensbig, samt att en big indikeras, när värdet av en korrelations- signal, som utgör en beräkning av överensstämmelse mellan mätsignalen och referenssignalen, når ett maximum.

Detta maximum måste överstiga en viss nivå för att bli godkänt som korrelationsvärdet för en big.

Annorlunda uttryckt utnyttjas en optisk kontrast- metod, där en del av normalt infallande ljus samlas upp från en sned avkänningsvinkel av fotodetektorer, och en korrelationsmätningsteknik i en elektronisk signalpro- cessor.

Den vinkelrätt mot banan riktade ljusstrålen alstras företrädesvis av en laser och ges formen av en spalt i banans tvärriktning, och vinkeln mellan inkomande och av varje fotodetektor uppfângad ljusstråle är exempelvis B0°.

Det är svårtfatt ur de från fotodetektorerna komande mätsignalerna extrahera det exakta bigläget. Signalerna innehåller mycket brus, främst från pappersstrukturen.

Bigarna är dessutom olika stora och i vissa fall osymme- triska. Olika papperskvaliteter ger olika mätsignaler.

För att minska bruset från strukturen i papperet bil- das en differenssignal från de två detektorerna. En ännu lägre brusnivå uppnås genom att den slutliga mätsignalen bildas som kvoten mellan differensen mellan de elektriska signalerna från de två fotodetektorerna och summan av dem.

Bigsignalen är fortfarande ganska brusig, och några snygga, lättidentifierade flanker att trigga på finns inte.

I allmänhet har dock alla bigsignaler formen av ett N, där avståndet mellan positiv topp och negativ botten är kon- stant och kopplat till bigens längd. Detta förhållande gör 10 15 20 25 30 502 547 att man med den ovan nämnda korrelationsmetoden kan identi- fiera en bigs position med god noggrannhet.

Principen för korrelationsmätning är att man jämför en mätsignal med en referenssignal och beräknar hur pass väl dessa signaler stämmer överens. Det finns flera olika algoritmer för korrelationsmätning. Den vid sättet enligt uppfinningen valda algoritmen ger som resultat en korrela- tionsgrad som är noll eller negativ om ingen korrelation föreligger och positiv om korrelation råder.

Vid sättet enligt uppfinningen samplas mätsignalen med en bestämd matningslängd hos förpackningsbanan som bas.

Vid en praktisk utföringsform är matningslängden mellan pulser från ett till förpackningsbanan kopplat mäthjul satt till 80 pm, vilket vid en hastighet hos förpackningsbanan ej överstigande 350 m/min ger ett avstånd mellan den verk- liga bigens centrum på förpackningsbanan och korrelations- signalens topp av 2,56 mm, medan signalen som utåt indike- rar en big ges efter ytterligare 0,32 mm.

Det är alltså så att korrelationssignalens topp, som indikerar bästa överensstämelse mellan mätsignalen och referenssignalen, kommer att uppträda med viss fördröjning på grund av referensens längd. När toppen uppträder, och med kännedom om den fasta avståndsskillnaden fram till indikeringen av en big, kan tekniken exempelvis användas för att med utomordentligt stor noggrannhet placera en riv- remsa i korrekt läge i förhållande till en big.

Uppfinningen avser även en anordning för att genom- föra det ovan diskuterade sättet att avkänna läget för en tvärgående big hos en i rörelse varande förpackningsbana.

Denna anordning kännetecknas enligt uppfinningen av en ljuskälla för att rikta en ljusstråle huvudsak- ligen vinkelrätt mot banan, två fotodetektorer för uppfångning av ljus reflekte- rat från pappersbanan från två håll i banans rörelserikt- 10 15 20 25 30 35 5o2 547 ning och under stor vinkel, exempelvis 80°, i förhållande till den mot banan riktade ljusstrålen, och en elektronisk signalprocessor, i vilken en från fotodetektorerna härrörande, elektrisk mätsignal är anord- nad att jämföras med en i processorn lagrad referenssignal, som är representativ för en referensbig, samt i vilken en korrelationssignal är anordnad att beräknas, vilken korre- lationssignal utgör ett mått på överensstämmelsen mellan mätsignalen och referenssignalen och vars maximum utgör en indikation av en big, förutsatt att den överstiger en viss nivå.

Ljuskällan är företrädesvis en laser. Lasern och fotodetektorerna är företrädesvis anordnade i en låda.

Resonemanget ovan är koncentrerat till begreppet "big”, men det är uppenbart att sättet och anordningen en- ligt uppfinningen kan utnyttjas för att avkänna läget av varje ut- eller inbuktande prägling hos en bana. Det är också uppenbart att sättet och anordningen enligt upp- finningen kan utnyttjas inte bara vid en förpackningsbana utan vid varje motsvarande bana eller yta.

Det är också uppenbart att sättet och anordningen en- ligt uppfinningen inte bara kan utnyttjas för att avkänna läget hos bigen utan också kan utnyttjas för att bestämma bigens utseende och alltså kvalitet.

Ritningsförteckning Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka fig 1 illustrerar en optisk del av en sensoranordning enligt uppfinningen, fig 2 A, B och C illustrerar strâlgång vid rörelse av en big förbi en sensor enligt uppfinningen, fig 3 och 4 visar två exempel på praktiska utföranden av en op- tisk del av en sensoranordning enligt uppfinningen, fig 5 är en grafisk representation av en bigsignal och en korre- lationssignal och fig 6 är ett blockschema över ett som exempel valt utförande av en signalprocessor. 10 15 20 25 30 35 502 547 Beskrivning av utföringsexempel I fig 1 betecknar l en förpackningsbana, som kan vara anordnad över en roterande cylinder, såsom illustreras, eller kan vara rörlig över ett plant underlag. Förpack- ningsbanan 1 är försedd med en tvärgående big 2, vars läge man önskar bestämma med stor precision. Banan 1 kan vara försedd med ett aluminiumytskikt eller ej. I stället för en big 2 kan man ha en valfri prägling inåt eller utåt, men begreppet big används nedan i beskrivningen.

En big hos en förpackningsbana kan betraktas som en vikanvisning och präglas in i materialet med hjälp av sam- verkande åsar och spår hos två valsar, mellan vilka för- packningsbanan får löpa. En typisk big kan ha en bredd av 1,8 mm och en höjd av 0,03 mm. Den mycket ringa höjden gör att bigen inte är särskilt väl urskiljbar på en löpande förpackningsbana, särskilt om denna inte är aluminiumbelagd och alltså ger viss kontrast.

Teoretiska överväganden och praktiska försök har visat att bäst resultat uppnås med hjälp av en kontrast- metod med optisk avkänning av vinkelförändringar på för- packningsbanans yta, där ljus riktas vinkelrätt mot ytan och det reflekterade ljuset avkänns från två håll under stor vinkel i förhållande till det infallande ljuset.

En anordning för genomförande av denna metod visas i fig 1. En laser 3 riktar sitt ljus - exempelvis synligt rött ljus - vinkelrätt mot förpackningsbanans 1 yta. En lins 4 är anordnad i laserns 3 strålgång och har till ända- mål att åstadkoma ett spaltformigt, fokuserat strålknippe på förpackningsbanan 1. Spalten har sin längdaxel tvärs mot förpackningsbanans rörelseriktning och kan ha en längd av exempelvis 5 mm eller mer och en bredd av 0,1 mm.

Det från förpackningsbanan 1 reflekterade ljuset av- känns med hjälp av två fotodetektorer eller fotodioder 5, till vilka ljuset kan ha fokuserats med hjälp av linser 6.

Fotodioderna 5 är anordnade i förpackningsbanans 1 l0 15 20 25 30 so2's47 längdriktning och kan bilda en vinkel av exempelvis 80' med förpackningsbanans normal. Signalerna från fotodioderna 5 - exempelvis kiseldetektorer med 5 m2 yta - behandlas elek- troniskt på ett nedan beskrivet sätt.

I fig 2 A-C åskådliggörs i grova drag, hur ljuset 3' från lasern 3 återkastas som reflekterat ljus 5' till de två fotodioderna 5 vid passerandet av en big 2. I fig 2 A träffas den första delen eller "uppförsbacken" av bigen 2 av laserljuset 3'. I enlighet med de vanliga optiska reflektionslagarna kastas reflekterat ljus 5' huvudsakligen till den nedre fotodioden 5, medan mycket litet ljus kommer att träffa den övre dioden. I fig 2 B träffas toppen av bigen av laserljuset, och ungefär lika mycket ljus reflek- teras till båda fotodioderna. I fig 2 C slutligen har bigen rört sig så långt att den avslutande delen eller “nerförsbacken" träffas av laserljuset; i detta fall kommer huvuddelen av ljuset att reflekteras till den övre dioden, medan mycket litet ljus reflekteras till den nedre dioden.

I fig 3 och 4 visas tämligen schematiskt uppbyggnaden av två exempel på den optiska delen av en anordning enligt uppfinningen.

Såsom framgår av fig 3, är i en låda 7 anordnade de olika organ som återfinns i fig 1, nämligen lasern 3, lin- sen 4, fotodioderna 5 och linserna 6. De från förpack- ningsbanan 1 med dess big 2 reflekterade ljusknippena går in i lådan 7 genom fönster 8 och kastas mot fotodioderna 5 med hjälp av speglar 9. I ett praktiskt fall kan lådan 7 vara anordnad på ett avstånd av 12 m från förpackninga- banan 1.

Vid utföringsformen enligt fig 4 är lasern 3 och fotodioderna 5 anordnade i en låda 10, där ett hologra- fiskt, optiskt element 11 utnyttjas för fokusering och in- samling av ljus. Fördelen med denna lösning är att man får en mycket kompakt optisk anordning eller sensor och att det 10 15 20 25 30 35 502 547 åtgår få optiska element. Lösningen lämpar sig sålunda väl vid tillverkning i många exemplar.

Alternativt kan i den optiska anordningen eller sen- sorn utnyttjas prismor, fresneloptik eller ljusledare.

Det är tämligen svårt att med hjälp av de elektriska signalerna från de två fotodioderna 5 bestämma det exakta läget för den avkända bigen. Signalerna innehåller mycket brus, främst från pappersstrukturen. Bigarna är dessutom ganska odefinierade, olika stora och i vissa fall osyme- triska. Mätsignalerna beror också på den använda pappers- kvaliteten.

De från de båda fotodioderna 5 komande, elektriska signalerna behandlas elektroniskt. Det är uppenbart att själva elektroniken för denna signalbehandling kan utföras på olika sätt, och ett visst utförande kommer att behandlas översiktligt nedan under hänvisning till fig 6.

Det första steget i signalbehandlingen är att skapa en differenssignal från de båda fotodioderna 5, varigenom bruset från strukturen i papperet minskas. Icke-symmetrier i mätsignalerna orsakade av mätprincipens natur elimineras också. En ytterligare förbättring i brusnivå uppnås genom det ytterligare steget att bilda en kvot av den ovannämnda differenssignalen och summasignalen från de båda fotodio- derna.

Bigsignalen är även efter dessa operationer ganska brusig, och några klara, lättidentifierade flanker att trigga på finns knappast. Det visar sig dock empiriskt att alla bigsignaler har vissa gemensamma egenskaper i sina ut- seenden. En bigsignal har nämligen den allmänna formen av ett N, där avståndet mellan positiv topp och negativ bot- ten, d v s bigsignalens två extremvärden, är beroende av bigens bredd, nämligen i ett praktiskt fall 1,8 mm.

Detta förhållande gör att man med en korrelations- metod kan bestämma en bigs position med mycket god nog- grannhet. 10 15 20 25 30 5020547 Principen för denna korrelationsmetod är att man jäm- för den erhållna mätsignalen med en i den elektroniska ut- rustningen inmatad referenssignal och beräknar hur pass väl mätsignalen stämmer överens med referenssignalen. Vid kor- relationsmetoden kan man utnyttja olika algoritmer. Den här valda algoritmen ger som resultat en korrelationsgrad som är noll eller negativ, om ingen korrelation föreligger, och positiv, om korrelation råder. Maximal korrelation före- ligger, då en korrelationskurva eller -signal uppnår ett maximum.

I föreliggande fall samplas den i sig kontinuerliga mätsignalen med bestämda intervall. Denna samplade mät- signal jämförs eller korreleras i elektroniken med den tidigare inmatade referenssignalen. Korrelationssignalen kommer att ha en topp, då mätsignalen överenstämmer i så stor utsträckning som möjligt med referenssignalen. På grund av referensmönstrets längd kommer korrelations- signalens topp att bli förskjuten eller ligga efter i tid i förhållande till mätsignalen. Läget av toppens maximum anger avståndet till bigens centrum i antalet samplingar räknat.

I fig 5 visas grafiskt utseendet av en mätsignal el- ler bigsignal 12 och en i förhållande till denna tids- förskjuten korrelationssignal 13. Vid en praktisk ut- föringsform ger ett till förpackningsbanan 1 kopplat mät- hjul mätpulser eller samplingspulser till elektroniken.

Matningslängden mellan pulserna är satt till 80 pm (men kan varieras efter behov), vilket vid en hastighet hos förpack- ningsbanan ej överstigande 350 m/min ger ett avstånd mellan den verkliga bigens centrum på förpackningsbanan 1 och ut- signalen från en signalprocessor som indikerar bigen av 2,88 mm.

Det har tidigare sagts att signalbehandling kan ske i valfri elektronik, och en fackman på området kan finna 10 502 547 10 många olika lösningar. Ett exempel på ett för ändamålet an- vändbart blockschema visas i fig 6.

Signalerna från de två fotodioderna 5 matas in till var sin S/H-enhet 14 ("Sample and Hold"), vidare till en gemensam multiplexor 15 och en analog/digital-omvandlare 16 samt slutligen till en digital signalprocessor 17. Till denna enhet 17 matas också pulserna 18 från förpackninga- banans mäthjul. Till enheten 17 är även anslutna en RAM 19, en oscillator 20 och en EPROM 21. Från enheten 17 matas en bigavkänningssignal 22.

Claims (7)

lO 15 20 25 30 35 sn2is47 ll PATENTKRAV

1. Sätt att avkänna läget för en tvärgàende big (2) eller liknande prägling hos en i rörelse varande förpack- ningsbana (1) eller motsvarande, k ä n n e t e c k n a t av följande steg: att ljus (5') reflekterat frán förpackningsbanan (1) och härrörande fràn en huvudsakligen vinkelrätt mot banan riktad ljusstràle (3') uppfàngas med hjälp av fotodetekto- rer (5) fràn tvà häll i banans rörelseriktning och under stor vinkel i förhållande till den mot banan riktade ljus- strálen, att en från fotodetektorerna (5) härrörande, elek- trisk mätsignal (12) jämförs i en elektronisk signalpro- cessor (17) med en i processorn lagrad referenssignal, vil- ken är representativ för en referensbig, samt att en big (2) indikeras, när värdet av en korrela- tionssignal (13), som utgör en beräkning av överensstäm- melse mellan mätsignalen och referenssignalen, när ett max- imum.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den vinkelrätt mot_banan (2) riktade ljusstràlen (3') alstras av en laser (3) och ges formen av en spalt i banans (1) tvärriktning och att vinkeln mellan inkommande och av varje fotodetektor (5) uppfàngad ljusstrále är 80°.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att mätsignalen (12) bildas som kvoten mellan diffe- rensen mellan de elektriska signalerna fràn de två foto- detektorerna (5) och summan av dem.

4. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att mätsignalen (12) samplas med en bestämd mat- ningslängd hos förpackningsbanan (1) som bas.

5. Anordning för att genomföra sättet enligt krav 1 att avkänna läget för en tvärgàende big (2) eller liknande prägling hos en i rörelse varande förpackningsbana (1) eller liknande, k ä n n e t e c k n a d av 10 15 20 502 547 12 en ljuskälla (3) för att rikta en ljusstråle (3') huvudsakligen vinkelrätt mot banan (l), två fotodetektorer (5) för uppfångning av ljus (5') reflekterat från pappersbanan från två håll i banans rörel- seriktning och under stor vinkel, exempelvis 80°, i förhål- lande till den mot banan riktade ljusstrålen, och en elektronisk signalprocessor (17), i vilken en från fotodetektorerna (5) härrörande, elektrisk mätsignal (12) är anordnad att jämföras med en i processorn lagrad refe- renssignal, som är representativ för en referensbig, samt i vilken en korrelationssignal (13) är anordnad att beräknas, vilken korrelationssignal utgör ett mått på överensstämmel- sen mellan mätsignalen och referenssignalen och vars maxi- mum utgör en indikation av en big (2).

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att ljuskällan är en laser (3).

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att lasern (3) och fotodetektorerna (5) är anordnade i en låda (7; 10).