DE2934454C2

DE2934454C2 - Vorrichtung zum fotoelektrischen Positionieren eines Gegenstandes unter Verwendung einer Registermarke R

Info

Publication number: DE2934454C2
Application number: DE2934454A
Authority: DE
Inventors: Tatsunosuke Kyoto Masuda
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1978-08-30
Filing date: 1979-08-25
Publication date: 1982-03-18
Also published as: JPS5533145A; FR2435081A1; FR2435081B1; JPS5856402B2; GB2034881A; GB2034881B; US4370059A; DE2934454A1

Description

Die Erfindung betrifft e^:ne Vorrichtung zum optischen Positionieren eines Gegenstandes, der eine Registermarke trägt, wobei eines von diesen beiden Elementen, also Gegenstand oder Registermarke, lichtdurchlässig ist, während das andere Element opak ist, mit zwei fotoelektrischen Detektoren, ferner mit einer diese beleuchtenden Lichtquelle und einer Vorschubeinrichtung zum Bewegen des Gegenstandes zwischen Lichtquelle und Detektoren, wobei die Bewegung der Detektoren dann abgestoppt wird, wenn das Verhältnis zwischen den Flächen der Registermarke, die jeden Detektor überdeckt, und das durch Messen der Ausgänge der Detektoren erfaßt wird, einen gewissen, vorbestimmten Wert erreicht.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus DE-GM 19 42 304 bekannt geworden, eine ähnliche Einrichtung offenbart DE-OS 21 01 555. Diese Vorveröffentlichungen zeigen Vorrichtungen, die jeweils eine Mehrzahl von Einzcldetektoren mit gleichen Arbeitscharakteristiken aufweisen. Solche Geräte üben ihre Positionierfunktion durch Verarbeiten der Ausgänge der genannten Einzeldetektoren auf sehr komplizierte Weise aus. Der apparative Aufwand ist daher beträchtlich. Gleiches gilt für die Vorrichtungen gemäß DE-AS 18 06 450, DE-OS 22 24 083 und DE-AS 19 19 991. Auch bei der Vorrichtung gemäß US-PS 35 44 801 wird ein erster Gegenstand, der eine erste Registermarke hat, in bezug auf irgendeinen zweiten Gegenstand positioniert, der eine zweite Registermarke trägt, und zwar durch Erfassen der Unterschiede der Ausgangssignale aus einem Fotodetektor, der vier fotoelektrische Elemente 1 aufweist, so wie in Fig. I dargestellt. Jedes dieser Elemente 1 nimmt eine von vier unterteilten Flächen des Fotodetektors ein. und die Elemente sind in Quadranten angeordnet, unterteilt von einem kreuzartigen Element 2, Hierdurch wird dann ein gleiches Ausgangssignal erzeugt, wenn gleiche Bereiche der Elemente 1 gleiche Lichtmengen von einer Lichtquelle auffangen.

Bei diesem Stand der Technik muß man fotoelektrische Elemente verwenden, die dieselben Arbeitscharakteristika haben. Dies ist in der Praxis, wie erwähnt, nicht immer angenehm.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine ίο Vorrichtung zum elektro-optischen Positionieren eines Gegenstandes zu schaffen, der Einfachheit und Zuverlässigkeit gegeben sind, und die eine einwandfreie Arbeitsweise sowie eine wirkungsvolle Positioniermöglichkeit des betreffenden Gegenstandes sicherstellt, i> ohne daß Einzeldetektoren mit gleichen Arbeitscharackteristiken notwendig sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in dem Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert Hierin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht, wie bereits erwähnt, einen herkömmlichen Fotodetektor.

F i g. 2 zeigt in Aufrißansicht einen Detektor zum Positionieren eines Gegenstandes gemäß der Erfindung, womit das Prinzip der Erfindung erklärt werden soll.

Fig.3 stellt eine Aufrißansicht eines anderen Detektors zum Positionieren eines Gegenstandes dar.

Fig.4 ist eine Aufrißansicht eines Positionierdetektors, der in fünf Stationen dargestellt wird, wenn eine Registermarke übs7 ihn hinweggeht

F i g. 5 zeigt ein System, das zwei Detektoren gemäß der Erfindung verwendet, zum Positionieren eines Objektes in zwei Dimensionen, wobei das Objekt richtig positioniert ist

Fig.6 zeigt dasselbe System wie die Fig.5, wobei jedoch das Objekt unrichtig positioniert ist.

Fi g. 7 zeigt ein System ähnlich jenem gemäß F i g. 5, jedoch unter Verwendung von drei Detektoren, wobei ein Objekt einwandfrei positioniert %*:.

Fig.8 zeigt ein Blockschaltbild eines elektrischen Kreises für ein System gemäß der Erfindung.

In Fig. 2 erkennt man einen Detektor zum

Positionieren eines Objektes. Dieser Detektor umfaßt ein erstes fotoelektrisches Element 3, das eine Breite ρ hat (d. h. in Richtung der /-Achse gemessen). Das Element 3 hat die Form eines Rechteckes mit vier Seiten 3a, 3b, 3c und 3d, die parallel zur Ar-Achse bzw. y-Achse verlaufen. Der Detektor umfaßt ferner ein zweites

so fotoelektrisches Element 4 von der Breite q. Dieses Element 4 ist ebenfalls rechteckig mit vier Seiten 4a, Ab, Ac und 4c/, die ebenfalls parallel zur x-Achse bzw. j-Achse verlaufen. Wie in F i g. 2 dargestellt, berührt die Seite 3c das in der Figur rechts befindliche Ende der Seite 4a. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ρ größer als q.

Die fotoelektrischen Elemente 51 und 52 haben im wesentlichen dieselben Charakteristika, wie beispielsweise Ausgangssignalstärke pro Flächeneinheit.
Von einer in der Figur nicht dargestellten Lichtquelle fällt Licht auf diese fotoelektrischen Elemente, Sodann wird ein Objekt, das einen lichtdurchlässigen Teil mit einer hierauf befindlichen, opaken Registermarke trägt. und das mit dem Bezugszeichen 5 versehen ist. über die Fläche des Detektors derart bewegt, daß dieses Licht verdeckt wird. Wie in F i g. 2 dargestellt, behindert die Registermarke 5 in einigen Stellungen den Lichteinfall auf Bereiche in beiden Elementen Gemäß der

Erfindung wird die Bewegung des Objektes dann abgestoppt, wenn das Verhältnis zwischen den beschatteten Bereichen S1 und 52 auf den beiden Elementen 3 und 4 einen gewissen Wert erreicht hat, d. h. wenn das Verhältnis der Höhe der Reduktion der Signalstärke, die von den beiden Detektoren aufgefangen wurde, diesen bestimmten Wert hat

Dieser bestimmte Wert kann ein einfaches Vielfaches oder ein Bruch sein; falls ρ gleich 2q ist, so ist es zweckmäßiger v/eise einheitlich.

Wie in F i g. 3 gezeigt, ist es nicht notwendig, daß die rechts befindlichen Kanten oder Seiten der Elemente, in „v-Richtung gesehen, miteinander fluchten. Die Mindestlänge, über welche sich die Seitenkanten der Elemente berühren sollen, sollte jedoch die Hälfte der Breite der Registermarke sein, falls der bestimmte Wert ein Ganzes ist und falls ρ gleich Iq ist Ferner sind die Längen der Elemente (in Richtung der x-Achse gemessen), durch die Bezugszeichen 6 und 7 veranschaulicht, beliebig wählbar; sie werden zweckmäßigerweise derart bemessen, daß die maximale Breite des Erfassungsbereiches des Detektors in x-Riehtung liegt

In Fig. 4 sieht man ein weiteres Ausführuiigsbeispiel dieses Detektors, bei welchem die beiden rechteckigen, fotoelektrischen Elemente 8 und 9 von der gleichen Gestalt sind; sie sind ebenfalls rechteckig, die zweimal so lang wie breit sind Sie sind ähnlich angeordnet, wie die in F i g. 2 dargestellten Elemente.

In diesem Falle wird der die Registermarke 10 tragende Gegenstand bewegt Die Bewegung v/ird dann abgestoppt, wenn Sl gleich 52 ist, d.h. wenn das Verhältnis der beschatteten Bereiche gleich 1 ist Die Bewegung des Gegenstandes gestaltet sich wie folgt: Beschattet die Registermarke 10 nur das Element 9, d. h. ist 51 =0 und 52 positiv, wie in Fig.4a dargestellt, so wird der Gegenstand gegen Element 8 hin bewegt, d. h. in Piusrichtung der x-Achse in Fig.4. Wenn Teile von beiden fotoelektrischen Elementen 8 und 9 beschattet sind, d. h. wenn 51 und 52 beide positiv sind, und wenn ferner 52 immer noch größer als 51 ist, so wird der Artikel immer noch in Piusrichtung auf der x-Achse bewegt Ist jedoch 51 gleich 52, so wie dies in Fig. 4c dargestellt ist, so wird der Gegenstand abgestoppt Ist jedoch 51 größer als 52, so wird der Gegenstand ir. Minusrichtung entlang der *-Achse bewegt, wie aus den F i g. 4b und 4e ersichtlich.

Fig.5 veranschaulicht ein System zum Positionieren eines Gegenstandes sowohl in Ar-Richtung als auch in y-Richtung. Die beiden Detektoren umfassen die Elemente 8, 9,11 und 12. Sie sind jeweils von der oben so beschriebenen Gestalt Der eine arbeitet in x-Richtung und der andere in /-Richtung. Aufgrund des voraus erläuterten versteht der Fachmann diese Arbeitsweisen. Die Vorrichtung hat jedoch einen Nachteil. Bei zahlreichen Anwendungen lassen sich die Registerlinien 13 sauber ausrichten. Ist jedoch die Ausrichtung variabel, so kann eine derartige Einrichtung nicht zwischen der gewünschten Endposition und einer solchen Position, wie in F i g. 6 dargestellt, unterscheiden, wobei die Registerlinien gegeneinander geneigt sind Dies kann unter Umständen wichtig sein.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, einen oder mehrere Detektoren zu verwenden, die die Elemente 14 und 15 des oben beschriebenen Typs umfassen, und so wie in Fig. 7 μ dargestellt, zusammen mit einer weiteren Registermarke 16. Es versteht sich aufgrund der obigen Erläuterung. daß durch richtiges Betätigen der Antriebsmotoren entlang der Ar-Richtung des die Registermarken tragenden Artikels und entlang jeder Kante in ^Richtung die saubere Positionierung klar und sicher über den Artikel durch diese Detektoren gefunden werden kann.

In F i g. 8 ist ein elektrischer Kreis für ein automatisch arbeitendes Artikelpositioniersystem gemäß der Erfindung dargestellt Das System umfaßt drei Differentialkreise 20ΑΓ, 20Kund 20Θ,drei Komparatoren 25X, 25 K und 250, drei Fensterkomparatoren 26X, 26 K und 26Θ und drei Regler 27X, 27 Kund 27Θ zum Antreiben dreier Motoren 28X, 28 K und 28Θ, um den Artikel derart zu bewegen, daß er in der X- und in der K-Richtung positioniert und verdreht wird. Jeder Differentialkreis 20X, 20 Kund 20Θ umfaßt ein Paar Differentialverstärker 21 und 22 für ein Paar fotoelektrische Elemente 8a und 9a, Ha und 12a, oder 14a und 15a sowie einen weiteren Differentialverstärker 23 und einen Inverter 24.

Dieses System läßt sich dann anwenden, wenn die Oberflächenbereiche eines jeden Pr r.res von fotoelektrischen Elementen voneinander abweichen. Die Maximalwerte der Ausgangssignale AX und BY der fotoelektrischen Elemente 8a und 9a können verschieden sein, die Maximalwerte der Ausgangssignale AY und BY der fotoelektrischen Elemente Ha und 12a können verschieden sein, und die Maximalwerte der Ausgangssignale AZ und BZ der fotoelektrischen Elemente 14a und 15a können verschieden sein.

Es sei darauf verwiesen, daß der Motor für die X-Richtung den Gegenstand insgesamt in X-Richtung bewegt; der Motor für die K-Richtung bewegt den Artikel insgesamt in K-Richtung, d. h. er bewegt seine Kanten um denselben Betrag in derselben Richtung, und der sogenannte θ·Motor bewegt die K-Kante des Artikels, während die andere Kante fixiert bleibt, von einer geringfügigen Drehung abgesehen, so daß der Artikel leicht verdreht wird.

Bei einigen Ausführungsformen könnte dies dadurch bewirkt werden, daß der Motor für die K-Richtung zwei Motoreinheiten umfaßt, die beide gemeinsam betätigt weiden, während der Motor für die Θ-Richtung nur einen dieser Motoreinheiten umfaßt. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Motor für die Θ-Richtung eine Motoreinheit sein, die nur eine Kante des Gegenstandes antreibt, die dann bewegt wird, wenn der Motor für die K-Richtung, der eine Motoreinheit ist, der die andere Kante des Gegenstandes (in K-Richtung) antreibt, betätigt wird. Derartige Abwandlungen sind jedoch dem Fachmann verständlich.

Die Betätigung des Regel- und Steuersystemes in X-Richtung soll im folgenden beschrieben werden. Die Operationen in K- und Θ-Richtung sind völlig analog und 'arsen sich aufgrund der vorgehenden Erläuterungen leicht verstehen.

Die Ausgangssignale Ax und Bx der foioelektrischen Elemente 8a und 9a werden den Differentialverstärkern 21 und 22 jeweils eingegeben, und die Vorspannungen a und b werden den Differentialverstärkern 21 und 22 als Bezugsspannungen eingegeben. Diese Vorspannungen β und b (bias voltages) werden derart eingestellt, daß die Differentialverstärker 21 und 22 dann Notsignale abgeben, wenn keines der fotoelektrisch^ Elemente %a oder 9a von den Registermarken beschattet wird. Deshalb gilt: a — Ax(max) und b- ß*(max).

Auf diese Weise erzeugen die Differentialverstärker 21 und 22 Ausgangssignale, die den beschatteten Bereichen der Elemente 8a und 9a jeweils entsprechen.

Diese Ausgangssignale aus den Differentialverstärkern 21 und 22 werden dem Differentialverstärker 23 eingegeben.

Der Differentialverstärker 23 liefert dem Komparator 25A*und dem Fensterkomparator 26Xein positives ί oder ein negatives Ausgangssignal. Komparator 25Λ" erfaßt das positive oder negative Ausgangssignal und gibt ein Regelsignal dem Regler 27Xzum Antreiben des Motors 28A^- in der gewünschten Richtung, d. h. in Plusrichtung entlang der .Y-Achse gemäß F i g. 7, oder in in Minusrichtung entlang der X-Achse, je nach dem Zeichen des Ausgangssignales aus dem Verstärker 23.

Fensterkomparator 26A" gibt ferner dem Regler 27X ein weiteres Regelsignal zum Anhalten des Motors 28.V. wenn der Wert des Ausgangssignales aus dem ι-ί Differentialverstärker 23 innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt, und sendet dieses Signal einem 1.¹N D-Gatter W.

Ist ferner die an dem Artikel befestigte Registermarke negativ, so sind die Differentialverstärker 21 und 22 in nicht notwendig. Die Schalter Wl und W2 werden daher von den Positionen Cl und ρ auf C2 und η gestellt. In diesem Fall wird das Ausgangssignal von dem Differentialverstärker 23 in dem Inverter 24 vor dem Komparator 25X invertiert, um die richtige Richtung zum Bewegen des markierten Artikels sicherzustellen.

Sind ferner die Oberflächenbereiche und die maximalen Ausgänge des Paares fotoelektrischer Elemente 8a und 9a dieselben, und ist der Abfall des Ausgangs pro beschatteter Fläche demgemäß ebenfalls dieselbe, so sind die Differentialverstärker 21 und 22 nicht erforderlich, und somit wird der Schalter Wl auf die Position Γ2 verbracht.

Wie zuvor erwähnt, ist die Arbeitsweise des Positionierens in V'-Richtung und in H-Richtung ähnlich der zuvor beschriebenen Arbeitsweise.

Ist ein Artikel schließlich sauber in allen drei Richtungen ausgerichtet, so liefert das UND-Gatter 29 ein Signal zum Einleiten der nächsten Phase des Arbeitens der Einrichtung, ungeachtet wie diese auch immer sein möge.

Hier/u 3 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum optischen Positionieren eines Gegenstandes, der eine Registermarke trägt, wobei eines von diesen beiden Elementen, also Gegenstand oder Registermarke, lichtdurchlässig ist, während das andere Element opak ist, mit zwei fotoelektrischen Detektoren, ferner mit einer diese beleuchtenden Lichtquelle und einer Vorschubeinrichtung zum Bewegen des Gegenstandes zwischen Lichtquelle und Detektoren, wobei die Bewegung der Detektoren dann abgestoppt wird, wenn das Verhältnis zwischen den Flächen der Registermarke, die jeden Detektor überdeckt, und das durch Messen der Ausgänge der Detektoren erfaßt wird, einen gewissen, vorbestimmten Wert erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (3, 4; 8, 9) von rechteckiger Gestalt mit ungleichen Seiten sind und daß sie derart nebeneinanderliegen, daß die kürzere Seiie des einen der längeren Seite des anderen zugewandt ist und zu dieser parallel verläuft, ohne daß eine Überlappung stattfindet

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren doppelt so lang wie breit sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert Eins beträgt.