专利名称：旋转式材料卷筒上标记的感测方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转式材料卷筒上标记的感测方法。
背景技术：
从DE 501 04 266.0中已知一种旋转式材料卷筒上标记的感测方法。在该方法的情形中，用光学方法连续感测材料卷筒的标记，并且产生相应的标记位置信号。当遍及材料卷筒地提供标记时，该方法工作出色。此外，在光学传感器的视场中不应该有可能被错误地理解成标记的任何其它可用光学方法检测出的特征。否则，通过使用该已知方法，将会测量和输出错误的位置值。
发明内容
本发明的目的在于提供这样一种在开始部分提到的那种类型的方法，其中即使当没有遍及材料卷筒地提供标记，或者存在大量标记时，该方法也可靠地工作。依照新方法，该目标是通过权利要求1和2中的特征来实现的。
在依照权利要求1的旋转式材料卷筒的标记感测方法的情况中，借助至少一个图像记录装置光学地扫描材料卷筒。在这种情况下，扫描可以通过非接触的方式进行，使得卷筒的旋转决不受到扫描的阻碍。特别地，CCD照相机已被成功地用作图像记录装置，虽然原则上，相对于卷筒旋转方向横向对准的行式照相机(line camera)是足够的。但是，可选地，也可以使用矩阵照相机。根据如何在材料卷筒上提供标记，在简单的情况中，使用黑白照相机可能就足够了，只要它保证足够的对比度。但是，在困难的情况中，优选使用彩色照相机，使得通过适当对比度在黑白图像中不显眼的标记也可以被感测到。标记本身可以例如，被印在材料卷筒上。但是，可选地，标记也可以被编入纺织材料卷筒中，或者被缝在材料卷筒上。可以通过织物中缺少的丝线，或者通过纸板或复合材料中的弯曲褶皱来形成标记。在后面一种情况中，虽然标记在材料卷筒表面上不产生任何可见的对比度，但是当以一定角度照射标记时，得到特有的明-暗边缘，并且这可以用光学方法被评价。用这种方法可以感测旋转式材料卷筒的各种各样标记。特别是在编入或褶皱标记的情况中，因为用这种方法使材料卷筒的基于图案的标记检测成为可能，所以有很大的应用需求。例如，通过使用该方法，可以在标记的位置感测织物卷筒，从而将其引导(guide)，引导标准是印在织物卷筒上或编入织物卷筒中的图案。可选地，卷筒也可以直接基于先前使用的折叠边缘而被引导。在这些引导标准的情况中，直接使用材料卷筒中存在的标记，使得不需要另外使用被特别设计为引导标准的标记。这也免去了将附加使用的标记与实际引导标准准确对齐的需要。因此，例如，折叠的纸板卷筒可以在与折叠线相距预定距离的位置处被准确剪切，或者可以完全按照折痕被输送到纸盒制造机中。但是，这些引导标准的问题在于，它们通常不总是可用的，或者不总是在正确位置处是可用的。因此，材料卷筒中的图案通常不得不被中断，或者在材料卷筒上以分布的方式重复。纸板制品上的折叠线并不在材料卷筒的旋转方向上直线延伸，而是相反地，沿着相当复杂的路线延伸，使得直接使用这些特征作为引导标准可能导致不正确并因而不能用的测量结果。如果这些测量结果被直接输送到卷筒旋转控制系统，将会得到混乱的控制行为。为了避免这些问题，权利要求1提出了通过应用位置相关的加权函数，从所确定的标记位置值中产生有效性信号。该有效性信号表示当前所确定的位置值是否有效。在顺向(downstream)卷筒旋转控制系统的情况中，只要有效性信号表示输出位置值无效，则该有效性信号可以用于阻塞整个卷筒旋转控制。这致使顺向卷筒旋转控制系统完全忽略输入的测量值，并且使起动元件保持在它们的位置上。位置相关的加权函数在这种情况中起到的作用就像所确定的位置值的过滤器，通过该函数检测并隔离不能用的位置值。因此，可以例如只使用材料卷筒最左侧上用带(strip)印的条纹作为引导标准。如果由于图案的原因不出现该条纹，那么测量右侧跟随的条纹的位置值作为当前位置值，但是该位置值被内置的过滤器标记为无效的，以便避免通过这种方式发生感测值的错误判断。虽然本发明的主题是基于卷筒旋转控制系统而被解释的，但是它不应被理解成是限制性的。相反地，也可以在其它应用范围内使用根据本发明的方法。没有任何控制功能的材料卷筒的直接质量控制或卷筒重复的检测只是作为实例而被提到。
在依照权利要求2的方法的情况中，所确定的位置值被提供给过滤器，该过滤器计算其输出值，用于标记的位置。该过滤器从而通过应用时间和位置相关的加权函数，从各种测量周期的位置值中确定输出值。加权函数的时间关系优选为在过去的时间内衰减的指数函数，与那些很久以前的测量值相比较，该函数为当前的测量值提供更大的权数。因为材料卷筒被移动，所以该时间关系也可以被理解为卷筒的旋转方向上的位置关系。加权函数的位置关系考虑到有效性评估，使得与无效值相比较，有效的位置值被相应地提供以更大的权数。在最简单的情况中，过滤器所生成的输出值是满足加权函数有效性标准的最后一个位置值。可选地，过滤器也可以提供测量值的相应低通效应和可调整的有效性关系。
根据权利要求3，优选地，加权函数是峰函数(peak function)。这种峰函数的可能实例是高斯函数、洛仑兹函数、窗函数、贝塞耳函数等等。要使用哪个特定的峰函数取决于相应的具体情况。重要的是峰函数具有至少两个参数，也就是峰位置和特征线宽。特征线宽通常被预先设置为一个参数，并且主要取决于材料卷筒的类型。如果干扰位置值仅仅以大大偏离正确值的形式出现，那么线宽可以被相对宽松地设置。因而，使对标记的感测对干扰非常不敏感。另一方面，如果不正确的位置值也可以相对接近正确值，那么线宽必须被选择为相应地窄。只有通过这种方式，才可以借助适当的无效信号或过滤，从输出数据流中消除适当数目的错误测量结果。如果只有很小数目的错误测量结果保留在输出数据流中，则存在充分小的干扰效应，使得借助求平均可以可靠地感测标记。另一方面，小的线宽通常承担着这样的风险，即如果材料卷筒突然移动，则有效的位置值不再是可检测的。
根据权利要求4，一种简单的并且已被成功用于实践的加权函数是窗函数。特别地，该函数已被成功用于其中无效的测量值要被非活动的有效性信号消除的那些情况中。对于有效性信号，只有两种可能的状态，即有效和无效，使得窗函数是完全适合的。窗函数为预定窗内的所有位置值分配活动的有效性信号，而为窗外的所有位置值分配非活动的有效性信号。
虽然峰函数的线宽可以借助各种假设被有意设置为过程参数，但是这在加权函数峰值位置的情况中是不可能的。相反地，有效位置值将会出现在哪个特定点取决于当前的卷筒旋转。为了确定该参数，根据权利要求5，有利地，加权函数受到过去测量周期的位置值的影响。过去测量周期产生可能实际出现的各种位置值的综述，通过应用适当的数学运算可以直接从这些位置值中确定正确的位置值。该综述并不是通过单独考虑当前位置值来得到的。因此，将应用相关的适当选择标准应用于过去测量周期的位置值是适当的。为了感测标记，在可以输出测量值之前，总是相应地需要特定数目的测量周期。优选地，在材料卷筒起动时获得这些测量周期。只是作为一个实例，这种选择标准可以是这样的标准，即将位置值的有效性范围限制在最左侧得到的位置值的周围区域。然而，显然更复杂的选择标准也是可能的。
为了使适用于尽可能广泛的应用的选择标准得到处理，根据权利要求6，有利的，加权函数受到过去测量周期的位置值统计评估的影响。过去测量周期的位置值因而以柱状图的方式被记录，以便确定频率分布。通过这种方法，标准，诸如最右侧上聚点的检测，可以与至少10％的测量值或类似的复杂查询一起得到考虑。要在统计评估中在极值点上找到的所谓离群点(outlier)可以通过这种方法被简单地抑制。
为了使标记的感测在移动材料卷筒的情况中也没有问题地工作，根据权利要求7，以可调整的方式确定位置值的频率分布。因此，位置值的频率分布经常被更新，并且从统计数字中去除最过时的位置值。在逐步移动材料卷筒的情况中，加权函数的峰值相应地与移动材料卷筒一起获得，使得位置值的评估总是可能的。虽然频率分布总是在时间上稍微滞后于当前的位置值，但是这可以通过选择峰函数的足够线宽，在材料卷筒的适度位移率中得到没有问题地补偿。有效性标准被连续应用于以可调整方式确定的位置值频率分布中，以确定有效位置值的平均位置。该有效性标准直接影响加权函数，特别是峰函数。
在简单的有效性标准的情况中，频率分布直接与位置相关的函数相乘以便对不同频点不同地加权通常是足够的。然后，乘积函数可以关于其最大值的位置地被评估，其中该最大值直接影响加权函数，特别是峰值位置。如果例如除了个别离群点以外，由于图案的原因，只有少数位置特别频繁地出现，那么频率分布可以例如与线性函数相乘，以便优先选择最左侧或最右侧上的频率点。该优选的频率点是乘积函数的绝对最大值，并且可以直接被用作关于其位置的有效性标准。
基于附图举例说明本发明的主题，而不限制保护范围。
唯一的附图示出了用于感测材料旋转卷筒3上的标记2的装置1。
在图示的示例性实施例中，标记2被印在材料卷筒3上。标记2在这种情况中是材料卷筒3上呈现的图案，而它不沿着直线延伸。相反地，在某些部分，标记2在卷筒的旋转方向4上延伸，而在某些部分，它与卷筒的旋转方向4倾斜地延伸。卷筒旋转控制系统(未示出)要受到该标记2的影响，其中引导标准是其中标记2位于最左侧的那些部分5中最左侧上的标记。显然也可以使用其他标准。
对于材料卷筒3的光学感测，以CCD照相机的形式提供一种图像记录装置6。该图像记录装置6产生图像信号，其中包含标记2的信息。这些图像信号被提供给图像处理装置7，该装置从所获得的图像信号中产生标记2的位置信号。为了这个目的，处理装置7使用惯用边缘查找算法，该算法检测图像信号内边缘位置。
通过每个测量周期所获得的位置信号被提供给数据采样器8，数据采样器8执行所得到的位置信号的统计评估。该统计评估规定各位置信号的出现频率按照柱状图的样式被记录，并且频率分布函数被输出到乘法器9。乘法器9形成的乘积是数据采样器8所创建的柱状图与函数发生器10的输出信号相乘，其中函数发生器10主要产生线性函数。函数发生器10的输出函数因而形成数据采样器8所生成的柱状图的权重。乘法器9的乘法运算具有这样的作用，即左侧上的频率点的优先权高于右侧上的频率点，使得乘法器9所生成的输出函数具有明确的(clear)最大值。该最大值由最大值检测器11确定，并且加权后的柱状图的绝对最大值的位置被确定。最大值检测器11所产生的该位置值对应于待评估的标记2的定位点位置(setpoint position)。
图像处理装置7所产生的位置信号也被提供给窗比较器12，窗比较器12检查位置信号是否在预定窗区域内。窗比较器12具有位置输入13，它限定窗的中心位置。该位置输入13与最大值检测器11的输出连接。窗比较器12还具有窗宽度输入14，它确定窗的宽度。该窗宽度输入14与数值发生器15连接，其中数值发生器15规定窗比较器12的窗宽度预定值。该值通常是可调整的。
图像处理装置7的位置信号也与过滤器16连接，其中过滤器16具有低通效应。过滤器16还具有有效性输入17，它与窗比较器12的输出18连接。过滤器16在这种情况中通过这种方式被构造，使得如果在有效性输入17处存在正的有效性信号，则过滤器16只接受其输入19处的新位置信号。因此，图像处理装置7的不对应于预置标准的位置信号被过滤器16抑制。假设在有效性输入17处存在正的有效性信号，则过滤器16的输出20发出基本跟随处理装置7的位置信号的信号。另一方面，如果在有效性输入17处表示当前测量值是无效的，则过滤器16在其输出20处保持最后一个输出值不变。因此，位于部分5外的标记2的区域中、或者来源于其它标记的位置信号被阻止被传递到过滤器输出20。此外，在有效性输出18处输出有效性信号，表示当前是否收到无效的位置信号。该有效性信号可以例如用于向顺向控制系统指示当前信号不能被使用，并且控制要被阻塞。
附图标记列表1装置2标记3材料卷筒4卷筒的旋转方向5有效部分6图像记录装置7图像处理装置8数据采样器9乘法器10函数发生器11最大值检测器12窗比较器13位置输入14窗宽度输入15数值发生器16过滤器17有效性输入18有效性输出19过滤器输入20过滤器输出
权利要求
1.用于感测材料旋转卷筒(3)的标记(2)的方法，其中借助于至少一个图像记录装置(6)光学地扫描所述材料卷筒(3)，所述至少一个图像记录装置(6)以连续的测量周期生成被提供给图像处理装置(7)的图像信号，所述图像处理装置(7)从所述图像信号中确定所述标记(2)的位置并且输出位置值，其特征在于，表示当前确定的位置值是否有效的有效性信号通过应用位置相关的加权函数由所述位置值产生，并且被输出。
2.根据权利要求1所述的方法，或根据权利要求1的前序部分所述的方法，其特征在于，所述位置值被提供给过滤器(16)，其中所述过滤器(16)通过应用时间和位置相关的加权函数，由各测量周期的位置值计算所述标记(2)的位置的输出值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加权函数是峰函数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述加权函数是窗函数。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，所述加权函数受过去测量周期的位置值的影响。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加权函数受过去测量周期的位置值的统计评估的影响。
7.根据权利要求1到6中的任一项所述的方法，其特征在于，以可调整的方式确定位置值的频率分布，其中有效性标准被应用于所述频率分布，以便确定影响所述加权函数的有效位置值的平均位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，位置值的频率分布与位置相关的函数相乘，并且乘积函数的最大值位置影响所述加权函数。
全文摘要
在材料旋转卷筒(3)的标记(2)检测方法的情况中，借助图像记录装置(6)来光学扫描材料卷筒(3)。这在连续测量周期中产生图像信号，图像信号被提供给图像处理装置(7)。该图像处理装置(7)确定材料(3)卷筒的标记(2)的位置值。有效性信号是借助应用位置相关的权重函数，通过位置值产生的，并且被输出。该有效性信号表示当前确定的位置值是否有效。
文档编号G06Q10/00GK1892174SQ20061009977
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月30日 优先权日2005年7月1日
发明者安德烈亚·威特曼, 朱尔根·艾森, 马丁·策, 多米尼克·希尔德, 比德·森德尔 申请人:特克斯玛格销售有限公司