DE2621109A1 - Verfahren und vorrichtung zum feststellen von fehlern auf einer laufenden materialbahn durch optisch-elektrische ueberwachung - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum feststellen von fehlern auf einer laufenden materialbahn durch optisch-elektrische ueberwachungInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen von Fehlern auf einer laufenden Materialbahn durch optisch-elektrische Überwachung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feststellen von Fehlern auf einer laufenden Materialbahn durch optischelektrische Überwachung, bei dem Abtastungen über die gesamte
Breite der Materialbahn erfolgen und die Abtastfunktion ausgewertet wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens.
Zum Feststellen von sowohl isolierten Fehlern als auch Streifen in Materialbahnen muß ein Überwachungssystem zunächst eine
konstante Empfindlichkeit gegenüber Fehlerbedingungen haben, die an irgendeinem Punkt bei der vollen Abtastung quer zur Materialbahn
auftreten können. Bei Verfahren zum Kompensieren von Änderungen der Empfindlichkeit von Abtastung zu Abtastung hat
man bisher vorausgesetzt, daß die optische und elektrische Wirksamkeit des'Abtastsystems über jede Abtastlänge konstant bleibt.
Für eine Überwachung, an die Hochpräzisions-Anforderungen gestellt
werden, trifft diese Voraussetzung jedoch nicht zu,und es ist notwendig, ein System zu verwenden, das Änderungen der
optisch/elektrischen Wirksamkeit während jeder Materialabtastung (d.h. über das normalerweise erzeugte Abtastsignal) korrigiert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das beim Feststellen
von Fehlern einen sehr hohen Grad an Genauigkeit hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß (1) eine Akkumulation von charakteristischen, sich wiederholenden,
einzelnen elektrischen Abtastsignalen A gespeichert und das Akkumulationsergebnis zur Gewinnung eines Bezugssignals R durch
die Zahl der akkumulierten Abtastsignale A dividiert wird, und(2 zur Gewinnung eines auf Null bezogenen Differenzsignals aus
jedem nachfolgenden Abtastsignal A und dem gespeicherten Bezugssignal R eine Differenz gebildet wird,' wodurch jedes
nachfolgende Abtastsignal A bis auf fehlerbezogene Signale ausgeglichen
wird,und daß die fehlerbezogenen Signale durch Amplitudendiskriminierung des Differenzsignals festgestellt
werden.
Die Erfindung ist ganz allgemein auf sich wiederholende Abtastsignale
anwendbar, insbesondere wenn das Maß der Signalabweichung nicht groß ist; sie ist jedoch auch anwendbar auf Sockelsignale,
die verhältnismäßig große Signalvariationen zeigen, in welchem Fall eine logarithmische Behandlung der Abtastsignale
vor der Eingabe in die Auswertevorrichtung vorteilhaft ist.
Bei der optisch-elektrischen Überwachung von fotografischen Filmen werden unebene Sockelsignale erzeugt. Das Kompensieren
dieser Signale erfordert gemäß der Erfindung zwei Operationen: (1) Das Speichern eines logarithmisch behandelten, charakteristi>schen,
unregelmäßigen Sockelbezugssignals R in einem ersten digitalen Speicherkreis und (2) Differenzbildung zwischen jedem
neuen logarithmisch behandelten Abtastsignal A und dem gespeicherten Bezugssignal zur Bildung des entsprechenden logarithmischen
Verhältnisses log A/R. Das ausgeglichene (geglättete) augenblickliche, durch das logarithmische Verhältnis gebildete
Differenzsignal, das auf diese Weise erhalten wird, zeigt in wahrer Perspektive die Amplituden der fehlerbezogenen Signale,
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die zuvor in den unebenen, sich wiederholenden Abschnitten des Sockels verborgen waren und erleichtert dadurch die Feststellung
der Fehler durch bipolare Amplitudendiskriminatoren.
In weiterer Ausgestaltung werden Streifen dadurch festgestellt, daß die Summen der Amplituden der augenblicklichen ,Differenzsignale
während mehrerer Abtastungen in einem zweiten Speicher nacheinander gesammelt werden. Dieses Verfahren wird "kohärente
Addition" bezeichnet. Durch das Summieren dieser Differenzsignale wird der Aufbau von auf den Sockeln erscheinenden Störgeräuschen
begrenzt, während fortdauernde Verschiebungen der Signalpegel, wie sie durch in Maschinenrichtung verlaufende
Streifen hervorgerufen werden, rasch anwachsen. Der zweite Speicher wird automatisch zurückgesetzt, wenn die Summe eine
ausreichende Zahl von Abtastungen enthält, um einen guten zeitlichen Durchschnitt der Differenzsignale zu erhalten.
Ein anderes Schema kann benutzt werden, um die augenblicklichen Differenzsignale zu sammeln, wenn Pegelverschiebungen in
Maschinenrichtung mit niedriger Frequenz auftreten, was dadurch geschehen kann, daß die Materialbahn über achsverschobene Walzen
geführt wird oder daß andere Gründe, wie ein Bahnflattern, vorhanden sind und was sonst zu der Feststellung eines fehlerhaften
Produkts führen würde. In diesen Fällen kann die Ansammlung dieser periodischen Spannungspegeländerungen durch ein digitales
Differenzierungsschema wirksam unterdrückt werden, bei dem die abwechselnden augenblicklichen Differenzsignale invertiert und
mit den in der Adresse verschobenen gespeicherten partiellen Summenwerten der augenblicklichen Differenzsignalwellenformen,
die in dem zweiten Speicher gespeichert sind, summiert werden.
Im allgemeinen umfaßt die vollständige Ausgleichs- und Streifenfeststellvorrichtung
gemäß der Erfindung für Überwachung eines fotografischen Films einen Analog-Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer
zwei RAM (random access memories)-Speicher, zwei Digital-Analog-Umsetzer
(D/A-Umsetzer) und verschiedene digitale
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Steuerschaltungen und arithmetische Schaltungen, die in zwei benachbarten Schleifen angeordnet sind. Jede Schleife ist mit
einem RAM-Speicher und einem Addierer-Subtrahierer versehen und funktioniert in zwei Betriebsweisen unabhängig von der anderen.
In der ersten Betriebsweise wird eine mittlere Sockelwellenform erzeugt, die durch Durchschnittsbildung der Amplitudenproben in
jedem ProbennahmeIntervall jeder Abtastung In einer Reihe von
2n Abtastungen über einem streifenfreien Material erzielt wird.
Die Elemente in der ersten Schleife dienen zunächst dazu, eine Summe der Amplitudenprobenwerte über die vorbestimmte Folge von
Abtastungen zu sammeln, dann mit Hilfe einer Schiebevorrichtung den Durchschnittswert jeder Probe abzuleiten, indem jeder der
in dem ersten RAM-Speicher gespeicherten binären Werte um
vorbestimmte η Stellen in bekannter Weise verschoben wird, und schließlich die zweite Betriebsweise einzuleiten. Obgleich
die gespeicherten Amplitudenwerte einer normalen Wellenform unbegrenzt im Speicher aufbewahrt werden können, hat es sich
für veränderbare Zustände bei den Materialrollen als wünschenswert herausgestellt, für jeden Materialdurchlauf (oder für jede
Materialrolle) einen neuen Referenzwert zu berechnen und zu speichern.
Bei der zweiten Betriebsweise werden zunächst die Differenzen zwischen den Amplitudenprobenwerten der bei der ersten Betriebsweise
entwickelten mittleren Sockelwellenform und den korrespondierenden Probenwerten der augenblicklichen Materialabtastuni;
gebildet und dann diese augenblicklichen Differenzsignale in einem von zwei wählbaren Wegen in dem RAM-Speicher der zweiten
Schleife für eine spätere Diskriminierung gesammelt. Auf diese Weise werden auf der einen Seite nicht zugehörige Störgeräusche
über eine Reihe von P Materialabtastungen (wo P - die Zahl der in der zweiten Schleife vor der Rückstellung gesammelten
Abtastungen) zu Null summiert und auf der anderen Seite die Amplitudenwerte von in Maschinenrichtung verlaufenden Streifen
zugeordneten Signalen rasch zu einem Wert aufgebaut, der
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eine leichte Fehlerfeststellung ermöglicht. Die Geschwindigkeit, mit der das Fehlersignal im Speicher aufsummiert wird, steht in
Abhängigkeit von der Stärke, der Beständigkeit und der Richtung des Streifens mit Bezug auf die Maschinenrichtung. Die Rückstellung
des zweiten RAM-Speichers erfolgt automatisch, wenn ein genügend langer Zeitdurchschnitt erreicht ist, z.B. in der
Größenordnung von P » 300 Abtastungen.
Eine Änderung der geraden additiven Sammlung, die nützlich ist, wenn Störungen in Maschinenrichtung mit geringer Frequenz vorhanden
sind, besteht im Invertieren der augenblicklichen Differenzsignale und dem Verschieben der Adressenstellen der
gespeicherten Teilsummenwerte in dem zweiten Speicher bei den geraden (oder ungeraden) Abtastungen. Dies ist äquivalent zu
einer digitalen Differentiation, da kleine konstante Änderungen des Signalpegels im wesentlichen zu Null werden, während kleine
Streifenamplituden einen Wert aufbauen, jedoch nur halb so
schnell wie bei der beschriebenen geraden additiven Aufsummierung.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Sockelausgleichs- und Streifenfeststellungs-Systems
mit normierter Ausbeute,
Fig. 1A ein Blockdiagramm der System-Zeitgeber- und -Adressierschaltung
(STAC), das die wesentlichen Eingangs- und Ausgangssignale zum Betrieb de3 Systems veranschaulicht,
Fig. 1B in einem schematischen Diagramm eine Folge von Wellenformen,
welche die Arbeitsweise der logischen Elemente bei der Differentiations-Betriebsart veranschaulicht,
Fig. 1C in einem schematischen Diagramm eine andere Folge von
Wellenformen, welche die Wirkung einer Änderung der
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! Fig. 2 in einem schematischen Diagramm eine Reihe von :
Wellenformen, die typischerweise an den angegebenen j Punkten der Fig. 1 auftreten, und die Arbeitsweise
des Systems, wenn kein störendes Rauschen mit niedriger! Frequenz in Maschinenrichtung vorhanden ist, und
Fig. 3 in einem schematischen Diagramm eine den Wellenformen der Fig. 2 entsprechende Reihe, die die Arbeitsweise
des Systems zeigt, wenn störendes Rauschen mit niedriger Frequenz in Maschinenrichtung vorhanden ist.
In Fig. 1 wird ein analoges, logarithmisch behandeltes Eingangssignal
A an die Eingangsklemme eines A/D-Umsetzers 1, typischerweise ein I.C.E.-Modell IAD 131OM, gelegt, dessen Ausgangs- i
klemmen mit einem ersten Satz von Eingangsklemmen eines Addierers 2 verbunden sind. Dieser ist das erste von fünf eine erste
Schleife bildenden Elementen, kann vom Typ SN7483 sein und dient dazu, jeder Amplitudenprobe einer binär umgesetzten Eingangswellenform
A den binären Wert des korrespondierenden digitalen Einheits-Probennahmeintervalls, der an einem zweiten Satz von
Eingangsklemmen auftritt, zu addieren. Letztere sind mit den Ausgangsklemmen eines EINS/NULL/WAHR/KOMPLEMENT-Elements 4
(1/O/T/C-Element) verbunden, das vom Typ SN74H87 sein kann und
die Steuerung über die gesamte Schleife in Abhängigkeit von den Befehlen der Signale C1, C2, 14 bzw. 3 ausübt. Diese Signale
werden von der System-Zeitgeber- und -Adressier-Schaltung 7 (STAC 7), die in Fig. 1A dargestellt ist, erzeugt und den Steuerklemmen des 1/O/T/C-Elements 4 zugeführt. Eine gesonderte
Leitung 8 verbindet die Cg-Klemme des 1/O/T/C-Elements 4 mit dem
Addierer 2, um das Ergebnis in Zweier-Komplementform vorzusehen,
wenn binär invertierte und nicht-invertierte Einser-Komplement-Werte
summiert werden, um die augenblicklichen Differenzsignale für den Eingang in die zweite Schleife während der Betriebsweise
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2 zu erzeugen.
An die Ausgangsklemmen des Addierers 2 sind die Eingangsklemraen j
eines I-Speichers 6 angeschlossen, welcher das Hauptschaltungselement
in der ersten Schleife ist. Während der Betriebsweise 1 erlaubt es ein Schreibsteuerbefehl 5 dem I-Speicher 6, daß er
wiederholt den neuen vom Addierer 2 zugeführten Partialsummen- I wert jedes ProbennahmeIntervalls in der entsprechenden Speichern
stelle, die durch ein Adressensignal 11 bestimmt ist, speichert. Während der Betriebsweise 2 ist Jedoch das Schreibkommando 5
nicht vorhanden und der Inhalt des I-Speichers bleibt unverändert.
Der I-Speicher 6 gemäß der Erfindung kann ein Halbleitertyp mit einer 16 Bit-256 Kanal-Eingangsdatenaufnahmefähigkeit und einer
Kapazität sein, die 9 Bit-Datenwörter, die während 128 Abtastungen gesammelt werden, handhaben kann. Jedoch kann jeder
andere Speicher verwendet werden, der eine ausreichende Geschwindigkeit und Kapazität hat, um eine genügend große Summe
von Eingangswellenformen während einer genügend repräsentativen Anzahl von Probennahmenintervallen zu sammeln gestattet.
Eine Verriegelungsschaltung 12, z.B. vom Typ N8202, verbindet
den I-Speicher 6 mit einem Dividierer 13 und dient dazu, den zuletzt im I-Speicher gespeicherten Wert als Bezugssignal
während derjenigen Zeiten festzuhalten, in denen der Inhalt des Speichers auf den neuesten Stand gebracht wird.
Um die Schleife zu vervollständigen, verbindet der Dividierer 13 z.B. vom Typ N8243, die Ausgangsklemmen der Verriegelungsschaltung
12 mit den Eingangsklemmen des I/O/T/C-Elements 4. Der
Dividierer 13 hat die Funktion, jeden der gespeicherten Teilsummenamplitudenwerte,
die in jedem Sockelprobennahmenintervall während einer Reihe von 2n-Abtastungen gesammelt wurden, zu
dividieren, um die beste Durchschnitts-Bezugswellenform zu erhalten. Am Ende der Betriebsweise 2 nach Empfang eines
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Verschiebesiftnals Sn 15 von STAC an seinem Steuereingang erfolgt
im Dividierer eine Rechtsverschiebung um η / wo η = log2 (Zahl'
der summierten Abtastungen) und dann die an seinen Eingangs- ; klemmen von der Verriegelungsschaltung 12 auftretenden binären j
Zahlenangaben invertieren und das invertierte binäre Quotienten-j signal zum 1/O/T/C-Element 4 überführen.
Während der Betriebswelse 1 und den Nacheichungs-Phasen, wenn
das Sn-Signal 15 nicht an dem Steuereingang vorhanden ist,
bleibt der Dividierer 13 unwirksam und erlaubt es, dem inver- j tierten Inhalt des I-Speichers, zum 1/O/T/C-Element 4 zu j
gelangen.
Die folgende Tabelle faßt die Pegelwerte der Steuersignallogik mit Bezug auf den Fluß der Signalinformationen während der drei
Betriebsphasen der ersten Schleife zusammen.. Es wird angenommen, daß A ein vom A/D-Umsetzer 1 empfangener binärer Wert kleiner
Amplitude als Eingangssignal des Addierers 2 ist, während M der Wert des Inhalts des I-Speichers der entsprechenden Zeitperiode
ist.
C1 C2 sn Speicher-I 1/O/T/C 4 Addierer 2
Schleifenfunktion ______ Schreiben Eingang Ausgang Ausgang [
Rückstellung __
Speicher-I 110 1 M 0 A
Sammeln _
(Betriebsweise 1) 0 1 0 1 M M A+M
Differenzbildung
(Betriebsweise 2) 0 0 1 0 M/Sn M/Sn A+M/Sn+1
(Bemerkung: Die Querstriche über den verschiedenen, M enthaltenden
Ausdrücken geben das Komplement des Inhalts des I-Speichers an, also die Signalform des Ausgangs des Dividierers 13.)
Da der Ausgang des Addierers 2 während der Betriebsweise 2 in Zweier-Komplementform vorliegt (damit arithmetische Operationen
sowohl mit positiven ale auch mit negativen Zahlenwerten durchgeführt
werden können), beschränkt eine Summation des
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augenblicklichen Differenzsignals A+M/Sn + 1 in der Schleife 2,
wie es nachstehend beschrieben ist, im wesentlichen die Signalakkumulation auf nur die anormalen Teile der entnommenen Wellenformen
über einer Null-Volt-Basislinie, wodurch eine bipolare
Diskriminierung erleichtert wird.
Es soll noch klarer herausgestellt werden, daß dieses Restsignal C der Wert der Differenz zwischen zwei logarithmisch
behandelten Werten ist, was in diesem Fall gleichbedeutend ist mit dem Logarithmus des Verhältnisses zwischen den augenblicklichen
Signalwellenformen und ihrem besten Durchschnitt über eine Reihe von 2n-Abtastungen. Diese Verhältnisbildung gleicht
die Ausbeute über die Länge Jedes unebenen Sockelsignals wirksam aus. Beispielsweise zeigt Fig. 2 bei einer Wellenform
AA die Lage und Amplitude eines Fehlersignals, das bei einem typischen unebenen Sockelsignal auftritt. Wenn derselbe Fehler
am rechten Ende des Sockels erschiene, würde er durch die j elektrischen Geräusche überdeckt werden. Würde er dagegen weiter
links an der höchsten Stelle des Abtastsignals erscheinen, wäre seine Amplitude stark vergrößert. Die Glättung oder der Ausgleich
des Sockels gemäß der Erfindung zwingt das Fehlersignal, in der wahren Perspektive mit Bezug auf Hintergrundstörungen
zu erscheinen, unabhängig von seiner Lage im Sockelsignal. Auch in solchen Fällen, wo eine direkt beobachtete Amplitudendiskriminierung
der Wellenform AA in Fig. 2 versagen würde, um einen Fehler der angegebenen Art zu entdecken, können nunmehr
einfache bipolare Amplitudendiskriminierungsverfahren angewendet werden, um sowohl (+) und (-) Fehlertypen gemäß den Lehren der
Erfindung festzustellen.
Es sei bemerkt, daß in denjenigen Fällen, wo die Ungleichmäßigkeit
des Sockels klein ist, die Amplitudenwerte der Bezugswellenform über die Sockelbreite im wesentlichen konstant sind. Demzufolge
hat die Lage eines kleinen Fehlers bei der Abtastung einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Amplitude des zugehörigen
Signals und es besteht keine Notwendigkeit für eine
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Verhältnisbildung, da bei kleinen Differenzen A-R annähernd log A/R ist.
Es wird nunmehr zu Fig. 1 zurückgekehrt. Die Ausgangsklemmen des Addierers 2 sind nicht nur mit den Eingangsklemmen des I-Speichers
6 verbunden, sondern außerdem mit (1) den Eingangsklemmen des D/A-Umsetzers 16, der während der Betriebsweise 2
dazu dient, das augenblickliche Differenzsignal in binärer Form umzusetzen in analoge Form zur direkten simultanen Amplitudendiskriminierung
jeder Abtastung mit Mitteln, wie sie beispielsweise in US-PS 3 843 890 gezeigt sind, und (2) den Eingangsklemmen des Wahr/Komplement-Elements 20 (T/C-Element), das in
bekannter Weise vervollständigt ist durch die Verwendung einer Anzahl von exklusiven ODER-Gattern). Das T/C-Element 20 wird
benutzt, um das augenblickliche Differenzsignal von abwechselnden Abtastungen beim Auftreten eines C^-Signals 23 von
STAC 7 zu invertieren, wenn die Differenzier-Betriebsart für die Streifenfeststellung gewählt wurde.
Die zusätzlich zum T/C-Element 20 vorgesehenen Elemente der zweiten Schleife sind um einen zweiten RAM-Speicher 22 gruppiert
und mit denjenigen der ersten Schleife vergleichbar. Die zweite Schleife dient dazu, die logarithmisch behandelten augenblicklichen
Differenzsignale zu sammeln, um durch übliche bipolare Diskriminierungsmittel die kleinen, in Maschinenrichtung verlaufenden
Streifen zugeordneten Signale festzustellen, wenn sie sich im Speicher aufsummieren.
Im einzelnen sind die Ausgangsklemmen des T/C-Elements 20 an
einen ersten Satz von Eingangsklemmen eines Addierers 21, beispielsweise vom Typ SN7483» angeschlossen, dessen zweiter
iSatz von Eingangsklemmen mit den Ausgangsklemmen einer Ver-'riegelungsschaltung
25 verbunden ist (beispielsweise vom Typ N8202). Nach Empfang eines Rückstellbefehls 26 für den Il-Speicher
von STAC 7f durch den die zweite Betriebsweise für die zweite
!Schleife eingeleitet wird, wirkt die Verriegelungsschaltung
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so, daß sie binäre Nullen an ihren Ausgangsklemmen erzeugt, damit der Addierer 21 den II-Speicher 22 mit dem ersten Differenzsignal
aus der ersten Abtastung der zweiten Betriebsweise in Betrieb setzen kann. Das Rückstellsignal 26 für den II-Speicher
erscheint automatisch nach jeder voreingestellten Folge von P Abtastungen, kann aber auch manuell eingegeben werden.
Zusätzlich zu seiner Rückstellfunktion dient die Verriegelungsschaltung 25 dazu, die weitergehenden Änderungen im II-Speicher
22 daran zu hindern, die Binärinforraations-Eingangssignale zum
Addierer 21 zu beeinflussen.
II-Speicher 22 hat ähnliche Eigenschaften wie der I-Speicher 6,
er empfängt WellenformanpLitudenproben vom Ausgang des Addierers 21 und speichert diese Daten auf einer Abtastung-zu-Abtastung-Basis
während jedes Auftretens eines Schreibsteuersignals 30 vom STAC 7. Das Schreibsteuersignal 30 für den II-Speicher ist
nur während der Betriebsweise 2 wirksam; demzufolge werden die Ausgangsdaten des Addierers 2 während der Betriebsweise 1 nicht
aufgezeichnet.
Wenn der Bedienungsmann des Systems die Differentiations-Betriebsart
34 am STAC 7 wählt, wirkt ein 1/O/T/C-Element 31,
beispielsweise vom Typ SN74H87, auf Befehl von den Betriebsartsteuersignalen C, und C^ bzw. 23 und 24 in der Weise, daß der
Wert eines Verschiebungssignals 32, das die Adresse in einer vom Bedienungsmann wählbaren Weise um N verschiebt, auf abwechselnde
Abtastungen, die an einem ersten Satz von Eingangsklemmen des Addierers 33, beispielsweise vom Typ SN7483, liegen, angewendet
wird.
Der Addierer 33 summiert dann das N-Adressen-Verschiebungssignal
i 32 mit dem Adressensignal 11 für die I- und II-Speicher, das an einen zweiten Satz von Eingangsklemmen angelegt wird, mit dem
Ergebnis, daß an dem Ausgang bei jedem geraden (oder ungeradem) Abtastvorgang jede Adresse des Speichers II um N Stellen nach
rechts verschoben wird. Der Zweck dieser Arbeitsweise ist es,
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abwechselnd den verschobenen Inhalt des II-Speichers 22 mit dem abwechselnd invertierten augenblicklichen Differenzsignal vom
T/C-Element 20 zu summieren, um Signaländerungen kleiner Frequenz zu löschen, während gleichzeitig der Fehlerteil des
Signals aufsummiert werden kann. Fig. 1B zeigt die Folge der
Ereignisse in der Schleife 2 (Betriebsweise 2) über eine Reihevr
P » 4 Abtastungen bei der Differentiationsbetriebsart wenn das Signal einen Fehler sehr kurzer Dauer enthält.
Fig. 1C zeigt in zwei getrennten Darstellungen eine Folge von
4 Abtastungen mit einem Fehler längerer Dauer. Die erste Darstellung zeigt den Einfluß einer Verschiebung der Adressen des
II-Speichers um N = 1, während eine Verschiebung von N * 2 in
der zweiten Darstellung verwendet wird. Zu bemerken ist, daß das! Anwachsen der Größe der Adressenverschiebung im digitalen Sinn
äquivalent zu einem Anwachsen der Zeitkonstante in einem Differentiationskreis im analogen Sinn ist. Dies wird durch die
Tatsache erläutert, daß die Randsignale im Falle N = 1 sehr viel ausgeprägter sind als im Falle N =» 2. Die Bedeutung der Möglichkeit,
den Verschiebungswert N gemäß der Erfindung zu ändern, liegt darin, die Empfindlichkeit der Streifenfeststellung mit
Bezug auf den vorhandenen Anteil an Fehlersignalen längerer Dauer mit niedriger Frequenz einzustellen, wo eine Adressenver-
groBes ^
Schiebung um ein/N dem Fehler aus der Klasse der niedrigen Frequenz (d.h. mit diffuser Kante oder mit großer Breite) entsprechen würde.
Schiebung um ein/N dem Fehler aus der Klasse der niedrigen Frequenz (d.h. mit diffuser Kante oder mit großer Breite) entsprechen würde.
Es wurde gefunden, daß die Änderungen des Spannungspegels niedriger Frequenz durch dieses Differentiationsverfahren wirksam
auf'Null gehalten werden können, während bei dem geraden
Summierungsverfahren diese Pegel bald zu einem Punkt aufsummiert wären, wo die Spannungspegeländerung als ein Fehler längerer
Dauer diskriminiert werden könnte.
Der folgende Satz von Gleichungen definiert die Arbeitsweise der Schleife 2 bei der Behandlung der augenblicklichen
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Differenzsignale nach der Differenzierungsbetriebsweise 2:
Ό Mn ■ Mn+3 - Dn+3
2)
2)
"N+S
3) MM ■ MMj_a - ^fj+S
3) MM ■ MMj_a - ^fj+S
MN+S " DN+S + "N " "N+S
- Dis
wo; M^ ist der Inhalt des Speichers an der Stelle N
während der Abtastung j,
DJi ist der Wert des augenblicklichen Differenzsignals,
das an die Speicheradresse N während der Abtastung ;}
eingefüllt wird,
N, j können entweder gerade oder ungerade ganze Zahlen
sein und
S ist das Ausmaß der Verschiebung.
Durch eine Überprüfung ist erkennbar, daß in denjenigen Fällen, wo M^+3 klein ist, der Spannungspegel der gesammelten Differenz-j
signale um den Null-Volt-Pegel schwankt, aber es dem fehlerbe-
ist
zogenen Signal erlaubt/» sich in zwei verschiedenen Richtungen an zwei verschiedenen Stellen im Speicher aufzusummieren. Demzufolge kann bei der Anwesenheit kleiner einsinnig gerichteter Spannungspegelanhäufungen entweder der eine oder der andere der beiden aufsummierten Teile des fehlerbehafteten Signals durch
zogenen Signal erlaubt/» sich in zwei verschiedenen Richtungen an zwei verschiedenen Stellen im Speicher aufzusummieren. Demzufolge kann bei der Anwesenheit kleiner einsinnig gerichteter Spannungspegelanhäufungen entweder der eine oder der andere der beiden aufsummierten Teile des fehlerbehafteten Signals durch
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bipolare Diskriminierungsraittel festgestellt werden. (Beispielsweise
die Fehlersignal-Ansammlung über eine Reihe von Abtastungen wie es in Fig. 3, Wellenform DD dargestellt ist).
Derartige bipolare Diskriminierungsmittel 36 (Fig. 1) sind vorgesehen,
um die Ansammlung von Signalen größerer Dauer im II-Speicher 22 festzustellen, nachdem diese durch den D/A-Umsetzer
35 in analoge Form gebracht worden sind. Die Diskriminierungs-Schwellwerteinstellungen
40 sind abhängig von der Anzahl (P) der Abtastungen nach der Betriebsweise 2, die der Betriebsmann
für die entsprechende Festlegung von Materialfehlern größerer Dauer auswählt. Ein Streifenfehleralarm wird dann ausgelöst
aufgrund von Ausgangssignalen des bipolaren Diskriminator 36.
Um die Arbeitsweise der Elemente der beiden Schleifen zu koordinieren,
verwendet die System-Zeitgeber-und-Adressierschaltung 7 eine Anzahl von Eingangssignalen, um die erforderlichen
Systemsteuersignale der Fig. 1A zu erzeugen.
Ein digitaler Taktgeber4i erzeugt Impulse, die von einem
Produktgattersignal 42 gesperrt werden, welches alle zeitlichen
Ereignisse auf solche Zählungen beschränkt, die während des Produktabschnitts jeder Abtastung auftreten. Ein (nicht veranschaulichter)
Zähler empfängt die Taktimpulse und adressiert.
den I-Speicher und den II-Speicher über die Adressierleitung
Ein Ende des Abtastsignals 43, das von einer Fotozelle am Ende des Abtastpfades erzielt werden kann, wenn der Abtaststrahl
vorbeiläuft, wird benutzt, um den Adressenzähler für den I- und II-Speicher am Ende jeder Abtastung zurückzustellen. Gleichzeitig
wird das Ende des Abtastsignals 43 benutzt, um zwei (nicht veranschaulichte) andere Zähler weiterzuschalten, von denen
jeder mit getrennten Vergleichsvorrichtungen, die ebenfalls nicht veranschaulicht sind, zusammenarbeitet, um alle Steuer
signale für die Betriebsweise 1 und 2 in der folgenden Weise zu erzeugen.
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Die erste Vergleichsschaltung ist auf einen von drei Wahlstellungen
(128, 64, 32) mit Hilfe einer Steuerung 44 für die ;
Sn-Einstellung eingestellt, um die Zahl der für die Eichung j
des Systems nach der Betriebsweise 1 erforderliche Anzahl von Abtastungen festzulegen. Des weiteren erzeugt diese aus Zähler
und Vergleichsschaltung bestehende Kombination die erforderlichen Steuersignale C1, C«, 14 bzw. 3 für die Steuerung der
Schleife 1 nach der Betriebsweise t und Schreibsignale 5 bzw. 30 für den I-Speicher und den II-Speicher. Da die Bezugswerte,
die am Ende der Betriebsweise 1 im I-Speicher gespeichert sind, unbeschränkt festgehalten werden können, ist eine RECAL-Steuerung
45 vorgesehen, die es der Betriebsperson ermöglicht, den Zähler für die Betriebsweise 1 zurückzustellen und auf
diese Weise das System erneut zu eichen, normalerweise zu ι Beginn jedes Materialdurchlaufs.
Bei der zweiten Vergleichsschaltung ist die Zahl P der Abtastungen
voreingestellt, die für die Aufsummierung des augenblicklichen Differenzsignals im II-Speicher 22 während der
Betriebsweise 2 benötigt werden, und zwar mit Hilfe einer Steuerung 46 für die P-Einstellung. Die zweite Vergleichsschaltung
erzeugt automatisch ein Rückstellsignal 26 für den II-Speicher am Ende jeder vorgewählten Periode mit P Abtastungen
Eine manuelle Rückstellsteuerung 47 für den II-Speicher ist vorgesehen, um der Betriebsperson die Möglichkeit zu geben,
diese automatische Betriebsweise zu umgehen, wenn Fehler längerer Dauer auftreten, um den -Speicher für die nächste Reihe
von P Abtastungen völlig zu reinigen.
Schließlich wird ein Steuersignal 34 für die Differentiations-Betriebsart
benutzt, um einen (nicht veranschaulichten) Flipflop, der durch zwei teilt, zu aktivieren, der durch jedes
Ende des Abtastsignals derart umgeschaltet wird, daß bei abwechselnden Abtastungen die Werte der binären Steuersignale
C, und C^, 23 und 24 entsprechend wechseln, um die Signalinversion
und die Stellenverschiebung der Speicheradressen gemäß
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der Differentiations-Betriebsart wie es nachstehend beschrieben wird, zu bewirken.
Zur Zusammenfassung der Arbeitsweise des Sockelausgleichs- und Streifenfeststell-Systems wird auf Fig. 1 und auf die in Fig.
veranschaulichten Wellenformen Bezug genommen, die die Arbeitsweise des Systems an den entsprechenden Punkten in Fig. 1 veranschaulichen.
Fig. 2 zeigt nicht nur den Fall der Feststellung von schmalen Streifen, wenn Störgeräusche mit niedriger
Frequenz in Maschinenrichtung nicht vorhanden sind, sondern zeigt auch sowohl die Differentiations-Betriebsart 2 und das
normale Summierungsverfahren zum Feststellen von Fehlern aus der Klasse kurzer Dauer.
Am Anfang der Kalibrier-Betriebsweise 1 gibt das 1/O/T/C-Element
4 Nullen an den Addierer 2, der daraufhin diese zu den Amplitudenprobenwerten
der logarithmisch behandelten Signalwellenform A der ersten Abtastung hinzuzählt, um dem I-Speicher 6 den
ersten Inhalt zu geben. Zu Beginn der zweiten Abtastung läßt das 1/O/T/C-Element 4 den Inhalt des I-Speichers 6 zum Addierer 2
hindurch, der wiederum die entsprechenden Amplitudenwerte der Eingangswellenform A mit den gespeicherten Werten vom I-Speicher
summiert. Diese Arbeitsweise wird fortgesetzt, bis eine vorbestimmte Anzahl von 2n-Abtastungen durchgeführt worden ist und
die gesammelten Teilsummenwerte aus jedem Probennahmeintervall im I-Speicher 6 gespeichert sind. Zu diesem Zeitpunkt wird die "
Betriebsweise 2 eingeleitet, worauf die folgenden Ereignisse auftreten: (1) Das Schreibsignal 5 des I-Speichers verschwindet,
damit der Inhalt des Speichers unverändert bleibt; (2) Dividierer 13 verschiebt die im I-Speicher gesammelten Summen
in Übereinstimmung mit dem Wert des Sn-Signals 15 um η Stellen
rechts,
nach/um die beste Durchschnitts-Bezugswellenform B zu erhalten;
nach/um die beste Durchschnitts-Bezugswellenform B zu erhalten;
(3) das 1/O/T/C-Element 4 läßt die invertierte Bezugswellenform
B1 hindurch und gibt ein binäres 1-Signal an den Addierer 2, um
die Summenwerte in die Zweier-Komplementform zu ändern; (4) der Addierer 2 summiert die augenblicklichen Amplitudenpro'benwerte
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der Wellenform AA, ein spezifisches Abtastsignal, sowie die korrespondierenden Proben der invertierten Bezugswellenform B1,
um die Wellenform C des augenblicklichen Differenzsignals zu erzeugen; (5) das Schreibsignal 30 für den Il-Speicher geht hoch,
um den Il-Speicher 22 zu aktivieren; (6) das Rückstellsignal 26 für den Il-Speicher veranlaßt die Verriegelungsschaltung 25,
dem Addierer 21 Nullen zuzuführen, so daß das erste augenblickliche Differenzsignal benutzt werden kann, um einen Inhalt in
den Il-Speicher 22 zu geben; und (7) das 1/O/T/C-Element 31
gibt Nullen an den Addierer 33 ab, damit im Il-Speicher 22 Differenzsignaldaten an nicht verschobenen Adressenstellen ein- ,
gefüllt werden können.
Bei der zweiten und den nachfolgenden Abtastungen in der Betriebsweise
2 für die Streifenfeststellung in der Nicht-Differentiations-Art setzen diejenigen Teile des augenblicklichen
Differenzsignals, welche sich nicht zu einem Nullamplitudenwert während der Abtastfolge ausgleichen, die Aufsummierung
fort, wie es bei der Wellenform D dargestellt ist. Da die Summe der gesammelten Signale in positiver oder negativer Richtung j
auftreten kann, je nach dem, ob es sich um Bereiche größerer ! oder geringerer Dichte in dem Material handelt, wird am besten ;
ein bipolare Diskriminator benutzt, um diese Erscheinungen festzustellen.
Bei der Differentiations-Art wird das 1/O/T/C-Element 31 durch :
die Steuersignale C,, C^, 23 bzw. 24 veranlaßt, eine' vorbe- j
stimmte Adressenverschiebung bei aufeinanderfolgenden Abtastungen in den Addierer 3 einzuführen, so daß der Il-Speicher 22 ein in
Maschinenrichtung fortdauerndes Signal an zwei verschieden ! adressierten Stellen des Speichers sammelt. Zu der gleichen Zeit^
wenn die Adressenstellen des II-Speichers bei aufeinanderfolgen-i
den Abtastungen verschoben werden, invertiert das T/C-Element 20■
die augenblickliche Wellenform C zur Wellenform C. Da der ! Addierer 21 das invertierte Differenzsignal der Wellenform C
mit dem verschobenen Inhalt des Speichers bei abwechselnden
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Abtastungen summiert, werden nicht nur die Gauss'sehen Störgeräuschamplitudenpegel
begrenzt, sondern auch eine Verschiebung des Signalpegels für niedrige Frequenz zu Null gemacht und
die in zwei Richtungen verlaufenden fehlerbezogenen Abschnitte, wie sie in Fig. 2, Wellenform DD, gezeigt sind, werden weiter
aufsummiert.
Es ist sofort klar, daß nur vier Abtastungen erforderlich sind, damit das augenblickliche Differenzsignal sich zu einem Punkt
aufsummiert, wo das Streifensignal, das in der Wellenform D
gezeigt ist, festgestellt wird, um eine Fehlersignal-Wellenform E bei der Nicht-Differentiations-Art zu erzeugen, während acht
Abtastungen bei der Differentiations-Art, die zu der Wellenform DD führt, notwendig sind. Jedoch bringt die mit Hilfe dieses
Verfahrens erzielbare zusätzliche Kompensation der Störgeräusche, die in Maschinenrichtung mit niedriger Frequenz auftreten,
wesentlich mehr als der Verlust in der Systemempfindlichkeit bezüglich der Fehler in der Klasse mit längerer Dauer. Dies ist
leicht in Verbindung mit Fig. 3 erkennbar.
Fig. 3 ist der Fig. 2 insofern ähnlich als sie die Wellenformen an denselben Stellen zeigt, wie sie für Fig. 2 benutzt wurden,
jedoch ist in Fig. 3 das Störgeräusch mit niedriger Frequenz in Maschinenrichtung nicht vorhanden. Eine Prüfung der Wellenformen
zeigt, wie dieser spezielle Einfluß auf die Feststellung schmaler Streifenzustände durch Verwendung der Differentiations-Art
im wesentlichen eliminiert werden kann. Die Wellenform A zeigt den langsam ansteigenden Signalpegel des Eingangssignals
über eine Reihe von sechs Abtastungen. Die Wellenform B zeigt die Ergebnisse der Durchschnittsbildung dieser Abtastungen,
zur Erzielung des besten Durchschnitts-Bezugssignals. Die Wellenform B1 zeigt das invertierte Bezugssignal. Die Wellenform
C zeigt die sich ergebende Reihe von ausgeglichenen augenblicklichen Differenzsignalen, welche einen ständig ansteigenden
Signalpegel haben. Die Wellenform C zeigt die invertierten
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geradzahligen Abtastungen, die, wenn sie zu den verschobenen Inhalten des Il-Speichers 22 addiert werden, die bipolare
Signalakkumulierung der Wellenform DD erzeugen. Es ist zu bemerken, daß bei der sechsten Abtastung der streifenbezogene
Abschnitt des aufsummierten Signals die negative Schwelle überschritten hat, die im bipolaren Diskriminator 36 einge- !
stellt 1st, um eine Fehleranzeige gemäß Wellenform E zu ■ erzielen. Man kann ferner unter Bezugnahme auf die Wellenform C,!
bei der die gerade Aufsummierung benutzt wurde, erkennen, daß
die Aufsummierung der fehlerfreien Abschnitte der Abtastung im Il-Speicher bei der dritten Abtastung die positive Schwelle übertschreiten
würde, unabhängig vom Vorhandensein eines Fehlers | größerer Länge in der Abtastfolge.
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Claims (9)
- PatentansprücheVerfahren zum Feststellen von Fehlern auf einer laufenden Materialbahn durch optisch-elektrische Überwachung, bei dem Abtastungen über die gesamte Breite der Materialbahn erfolgen und die Abtastfunktion ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß (1) eine Akkumulation von charakteristischen, sich wiederholenden, einzelnen, elektrischen AbtastSignalen A gespeichert und das Akkumulationsergebnis zur Gewinnung eines Bezugssignals R durch die Zahl der akkumulierten Abtastsignale A dividiert wird und (2) zur Gewinnung eines auf Null bezogenen Differenzsignals aus jedem nachfolgenden Abtastsignal A und dem gespeicherten Bezugssignal R eine Differenz gebildet wird, wodurch jedes nachfolgende Abtastsignal A bis auf fehlerbezogene Signale ausgeglichen wird, · und daß die fehlerbezogenen Signale durch Amplitudendiskri- ; minierung des Differenzsignals festgestellt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastsignale logarithmisch sind und daß die Differenzbildung: mittels des logarithmischen Verhältnisses A/R erfolgt. :
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ; daß die Feststellung der fehlerbezogenen Signale durch kohärentes Addieren dieser Differenzsignale bei einer Mehrzahl dieser Abtastungen verbessert wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzsignale über mehrere Abtastungen in der Weise gesammelt werden, daß die augenblicklichen Differenzsignalwellenformen für alternierende Abtastungen invertiert und mit verschobenen Teilsummenwerten der gesammelten Differenzsignale kombiniert werden, wodurch wirksam die Ansammlung von periodischen Spannungspegeländerungen zu Null gemacht wird.609848/0991262 Π 09
- 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer elektrischen Schaltung in nachstehender Folge vorhanden sind: Eine Quelle für elektrische Abtastsignale A, ein Speicher, der eine Akkumulation einer Anzahl dieser Signale A speichert, die ausreicht, um die Berechnung eines annehmbaren Durchschnitts-Bezugssignals R zu ermöglichen, eine Vorrichtung zum Berechnen des Durchschnitts-Bezugssignals R als Quotient der Akkumulation dieser Anzahl der Abtastsignale A dividiert durch die Anzahl dieser akkumulierten Abtastsignale A, eine Vorrichtung zum Berechnen des Differenzsignals A-R für jedes nachfolgende Abtastsignal A, wodurch jedes nach- | folgende Abtastsignal A bis auf fehlerbezogene Signale j ausgeglichen wird, und eine Vorrichtung zum Feststellen der fehlerbezogenen Signale durch Amplitudendiskriminierung des Differenzsignals A-R.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine | Vorrichtung zum kohärenten Addieren der Differenzsignale A-R für eine Mehrzahl dieser Abtastungen.
- 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer elektrischen Schaltung in der nachstehenden Folge vorgesehen sind: Ein Analog/Digital-Umsetzer, dessen Eingang logarithmisch behandelte elektrische Abtastsignale A sind, ein Speicher, der eine Akkumulation einer Anzahl dieser Abtastsignale A speichert, die ausreicht, um die Berechnung eines annehmbaren Durchschnitts-Bezugssignals R zu ermöglichen, eine Vorrichtung zum Berechnen des Durchschnitts-Bezugssignals R als Quotient der Akkumulation dieser Anzahl der Abtastsignale A dividiert durch die Anzahl dieser akkumulierten Abtastsignale A, eine Vorrichtung zum Berechnen des logarithmischen Verhältnissignals A/R für jedes nachfolgende Abtastsignal A, wodurch jedes nachfolgende Abtastsignal A ausgeglichen wird, während fehlerbezogene Signale in der609848/099 1wahren Perspektive bezüglich der keine Fehler enthaltendenVerhältnis - ,
Teile dieses/signals A/R festgehalten verden und durch eine Vorrichtung zum Feststellen der fehlerbezogenen Signale durch Amplitudendiskriminierung des logarithmischen Verhältnissignals A/R. - 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum kohärenten Addieren des logarithmischen Verhältnissignals für eine Anzahl dieser Abtastungen.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zweiten Speicher zum Akkumulieren des logarithmischen Verhältnissignals A/R während mehrerer Abtastungen, durch j eine Vorrichtung zum Verschieben der Adressenstellen der i Teilsummenwerte, die in dem zweiten Speicher gespeichert sind, um eine vorgewählte Anzahl von Einheiten bei aufeinanderfolgenden geraden (oder ungeraden) Abtastungen, eine Vorrichtung zum Invertieren des augenblicklichen logarith- l mischen .Verhältnissignals A/R bei den geraden (oder ungeraden) Abtastungen und eine Vorrichtung zum Kombinieren der invertierten augenblicklichen logarithmischen Verhältnissignale A/R mit den gespeicherten Teilsummenwerten der Akkumulation der logarithmischen Verhältnissignale A/R während mehrerer Abtastungen, wodurch wirksam die Akkumulation periodischer Spannungspegeländerungen zu Null gemacht wird.609848/0991Leerseite
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8235 | Patent refused |