DE2621109A1

DE2621109A1 - Verfahren und vorrichtung zum feststellen von fehlern auf einer laufenden materialbahn durch optisch-elektrische ueberwachung

Info

Publication number: DE2621109A1
Application number: DE19762621109
Authority: DE
Inventors: Mark Edwin Faulhaber; Jun Edmund Haislett Smith
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1975-05-14
Filing date: 1976-05-13
Publication date: 1976-11-25
Also published as: US4005281A; LU74943A1; DE2621109B2

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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Speicheradressenverschiebung bei der Differentiations- Betriebeart veranschaulicht,

! 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 C_{2 s}n 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.

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 M_n ■ M_n+3 - D_n+3
2)

"N+S
3) M_M ■ M_Mj__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

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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;

(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

Patentansprüche

Verfahren 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.

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262 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 der

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wahren Perspektive bezüglich der keine Fehler enthaltenden

Verhältnis - ,
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.

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