Steuerungsvorricfatung, Vorrichtung zum Fixieren eines Stapels Papierbogen und Entstapelvorrichtung

1. Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für die Entnahme eines Teilstapels von einem Stapel Papierbogen, eine Vorrichtung zum Fixieren eines Stapels Papierbogen und eine Entstapelvorrichtung.

2. Stand der Technik

Bei der Papierverarbeitung erfolgt nach der Herstellung häufig ein Stapeln und Palletieren. Bei der weiteren Verarbeitung müssen Teilstapel erzeugt werden, die möglichst genau eine vorgegebene Anzahl von Papierbogen enthalten. Dazu dienen beispielsweise Greifvorrichtungen, die einen Teilstapel von dem gesamten Stapel abnehmen.

Aus der EP 1 264 792 ist zu diesem Zweck bekannt, dass Papier bestimmter Qualität eine gleichmäßige Dicke aufweist. Papierstapel gleicher Qualität weichen in ihrer Höhe nur dann voneinander ab, wenn zwischen einzelnen Blättern Luftspalte vorhanden sind. Daher ist es zum Abstapeln bekannt, das Papier an einer Seite mit einer bestimmten Flächenpressung zusammenzudrücken, wodurch bei gleicher Blattzahl und Papierqualität zuverlässig eine gleiche Stapelhöhe vorliegt. Zum Aussondern eines Rieses vorgegebener Blattzahl wird dann in der der vorgegebenen Blattzahl entsprechenden Höhe von der Oberkante des Blattstapels in den Papierstapel eingestochen und somit das darüber liegende Ries vorgegebener Blattzahl von dem verbleibenden Reststapel getrennt.

Voraussetzung dieser Methode ist also, dass das gestapelte Papier eine gleichmäßige Dicke aufweist. Tatsächlich kann aber die Dicke des Papiers während und zwischen Produktionsläufen variieren. Um trotzdem eine möglichst genaue Anzahl der abzunehmenden Papierbogen festzustellen, ist eine Methode bekannt, bei der die Anzahl der Bogen über ein von einer Kamera aufgenommenes Bild gezählt wird. Dazu wird das Kamerabild analysiert und darin die Höhe der gewünschten Anzahl von Papierbogen ermittelt. Wenn der

Abstand des Stapels Papierbogen von der Kamera bekannt ist, lässt sich daraus die entsprechende Einstechposition für eine Entstapel Vorrichtung berechnen.

Aus dem geschilderten Stand der Technik ergeben sich mehrere Nachteile: Durch die Anwendung einer Flächenpressung, die das Ziel hat, eine möglichst genaue Höhe des abzugreifenden Papierstapels entsprechend seiner Anzahl Papierbogen zu erreichen, besteht die Gefahr, dass die Papierbogen beim Eindringen des Abstechmessers in den Stapel beschädigt werden.

Ferner haben nur dann alle Papierbogen an jeder Stelle denselben Abstand von der Bildebene, wenn die der Kamera zugewandte Seite des Stapels Papierbogen senkrecht zur Kameraachse verläuft. In der Praxis erweist sich, dass diese Bedingung häufig nicht erfüllt ist, was zu Fehlern und Ungenauigkeiten bei der Berechnung der Einstechposition für den abzunehmenden Teilstapel führt.

Aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen in diesem Zusammenhang sind ferner in der DE 1 013 156, der DE 102 60 712 B3, der DE 10 2004 044 341 Al, der DE 40 34 339 Al, der DE 35 08 514 Al, der DE 28 49 949 Al, der EP 1 584 584 Al und der EP 0 173 613 Bl offenbart.

Es ist daher das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem, die Entnahme eines Teilstapels von Papierbogen möglichst genau zu kontrollieren und die Papierbogen dabei nicht oder so wenig wie möglich zu beschädigen.

3. Zusammenfassung der Erfindung

Dieses Problem wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Steuerungsvorrichtung für die Entnahme eines Teilstapels von einem Stapel Papierbogen, die eine Kamera zur Erzeugung eines Kamerabildes aufweist, Mittel zum Erzeugen von zumindest zwei, im Wesentlichen parallelen Lichtbündeln, deren Reflexe auf dem Stapel Papierbogen im Kamerabild abgebildet werden, und Mittel, die unter Verwendung des Abstands der Reflexe im Kamerabild ein Steuersignal für die Entnahme des Teilstapels bereitstellen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Lichtbündel im Wesentlichen parallel zur Ebene der Papierbogen.

Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung für die Entnahme eines Teilstapels beruht auf einem grundsätzlich anderen Prinzip zur Ermittlung des Einstechpunktes für den Teilstapel oder anderer Größen als die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, da sie von der Entfernung des Stapels Papierbogen von der Kamera unabhängig ist und nicht voraussetzt, dass die der Kamera zugewandte Seite des Stapels Papierbogen senkrecht zur Kameraachse ausgerichtet ist. Wenn die Lichtbündel im Wesentlichen parallel gerichtet sind, ist die Anzahl der Papierbogen zwischen den Lichtbündeln unabhängig vom Abstand des Stapels Papierbogen zur Kamera. Die Reflexe der beiden Lichtbündel auf dem Stapel Papierbogen definieren eine vorgegebene Distanz, die dazu verwendet werden kann, beliebige Größen im Kamerabild in andere Maßeinheiten umzurechnen. Dies ist nicht nur für die Entnahme eines Teilstapels, sondern auch für andere Anwendungen bei der Papierverarbeitung von Vorteil.

Dasselbe Resultat kann auch ohne parallele Laser mit einem telezentrischen Objektiv erreicht werden. Mit einem solchen Objektiv können keine

Parallaxenfehler durch ungenauen Abstand zwischen Kamera und Papier entstehen.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine

Vorrichtung zum Fixieren eines Stapels, insbesondere eines Teilstapels Papierbogen, die Mittel zum Einbringen von elektrostatischer Ladung in den

Stapel Papierbogen aufweist. Durch diese Vorrichtung kann ein Stapel

Papierbogen fixiert werden, ohne dass dabei eine Flächenpressung ausgeübt werden muss, wie es bei den Verfahren nach dem Stand der Technik erforderlich ist, so dass mechanische Beschädigungen der gestapelten Papierbögen weitgehend vermieden werden.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Entstapelvorrichtung, die die genannte Vorrichtung zum Fixieren eines Stapels Papierbogen und/oder die genannte Steuerungsvorrichtung für die Entnahme eines Teilstapels von einem Stapel Papierbogen aufweist. Eine solche Entstapelvorrichtung ermöglicht nicht nur eine hochpräzise, sondern auch eine im Wesentlichen beschädigungsfreie Entnahme eines Teilstapels.

Vorzugsweise weist die Entstapelvorrichtung ferner einen Abstechmechanismus mit einem Abstechmesser auf sowie bevorzugt eine Hubvorrichtung für den Stapel Papierbogen, die den Reststapel nach einem Anstechen mit dem Abstechmesser absenkt. Dabei ist das Abstechmesser vorzugsweise so ausgebildet, dass es beim Absenken des Reststapels nach unten geschwenkt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass das Abstechmesser den über dem Abstechmesser liegenden Papierbogen beim Absenken des Reststapels im Wesentlichen nicht beschädigt. Vorzugsweise wird das Abstechmesser so nach unten geschwenkt, dass es im Wesentlichen parallel zum darüber liegenden Teilstapel ausgerichtet ist.

Zusätzlich hat das Messer neben der beschriebenen Möglichkeit nach unten zu schwenken auch die Möglichkeit nach oben zu schwenken. Dies erlaubt ein

beschädigungsfreies Einstechen bei einem nach oben oder nach unten schief liegenden Papierbogen im Stapel.

Mit der erläuterten Entstapelvorrichtung werden die gestapelten Papierbogen über dem Abstechmesser vorzugsweise in keiner Phase der Entnahme eines Teilstapels der Papierbogen von oben belastet. Gegenüber der Anwendung einer Flächenpressung werden dadurch die Beschädigungen der Papierbogen beim Eindringen des Abstechmessers in den Stapel Papierbogen minimiert.

4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeitig bevorzugte Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben:

Fig. 1 : Schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Entstapelvorrichtung;

Fig. 2: schematische Ansicht eines Kamerabildes der Kamera aus Fig. 1 ;

Fig. 3: schematische Seitenansicht einer weiteren bevorzugten

Ausführungsform einer Entstapelvorrichtung, die Mittel zum Einbringen von statischer Ladung aufweist.

5. Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen

Im Folgenden werden gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben unter Bezugnahme auf eine

Entstapelvorrichtung. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemäße

Steuervorrichtung und die Vorrichtung zum Fixieren von Papierbogen auch in anderen Zusammenhängen bei der Verarbeitung von Papierstapeln verwendet werden können.

Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Entstapelvorrichtung. Man erkennt einen Abstechmechanismus 20 mit einem Abstechmesser 21, das einen Teilstapel 12 Papierbogen von einem Reststapel 11 entnimmt. Vor dem Stapel Papierbogen befindet sich eine Kamera 30, die ein Bild des Stapels aufnimmt, sowie Mittel zum Erzeugen von Lichtbündeln 41, 42, vorzugsweise Laserstrahlen, die für eine im Folgenden beschriebene Steuerung der Entstapelvorrichtung benötigt werden.

Um eine möglichst genaue Anzahl von Papierbogen von dem Stapel Papierbogen abzunehmen, wird zunächst die gewünschte Anzahl Papierbogen über ein von einer Kamera aufgenommenes Kamerabild des Stapels gezählt. Eine Bildverarbeitungssoftware analysiert das aufgenommene Kamerabild auf einer dazu geeigneten Verarbeitungseinheit, zum Beispiel einem PC, und ermittelt die Höhe der gewünschten Anzahl Papierbogen. Um die gezählte Anzahl Papierbogen durch einen dazu geeigneten Abstechmechanismus tatsächlich zu entnehmen, ist es notwendig, dass die ermittelte Einstechposition im Kamerabild zu einer absoluten Position für den Abstechmechanismus 20 umgerechnet wird. Nur dadurch wird gewährleistet, dass der Abstechmechanismus 20 an der richtigen Stelle in den Stapel eingeführt wird, um die gewünschte Anzahl Papierbogen für einen Teilstapel zu entnehmen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, werden zu diesem Zweck zwei (oder mehr), Lichtbündel, vorzugsweise Laserstrahlen, verwendet werden, deren Reflexe 52, 53 im Kamerabild abgebildet werden (vgl. Fig. 2). Die Lichtbündel verlaufen im Wesentlichen parallel zur Ebene der Papierbogen, wodurch die Anzahl der Papierbogen zwischen den Lichtbündeln unabhängig vom Abstand des Stapels Papierbogen zur Kamera ist. Durch die Erfassung des bekannten Abstands der

Lichtbündel im Kamerabild (vgl. Fig. 2) kann unabhängig vom Abstand der Papierbogen zur Kamera die Einstechposition im Kamerabild zu einer vom Abstechmechanismus 20 verwendeten Maßeinheit, zum Beispiel Mikrometer, umgerechnet werden. Verformungen des Stapels, wie zum Beispiel Schrägstand gegenüber dem Kamerabild, können so ausgeglichen werden. Dies ermöglicht eine höhere Genauigkeit beim Entstapeln von Papierbogen.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines Kamerabildes 50 der Kamera 30 aus Fig. 1 mit einem Teilstapel Papierbogen 51 und zwei Reflexen 52, 53 von Lichtbündeln. Der Abstand 54 der Reflexe 52, 53, also die Länge der Verbindungslinie der beiden Reflexe, kann im Kamerabild 50 gemessen werden, beispielsweise in Maßen der Pixel des Kamerabildes, und zum tatsächlichen, bekannten Abstand der beiden Lichtbündel ins Verhältnis gesetzt werden. Damit lassen sich beliebige Größen im Kamerabild in absolute Abstände oder Flächen umrechnen lassen. Die ist nicht nur für die Entnahme eines Teilstapels, sondern auch für andere Anwendungen bei der Papierverarbeitung von Vorteil.

Zum Beispiel kann die in Pixeln gemessene Höhe 55 eines Teilstapels in die Maßeinheit des bekannten Abstands der Lichtbündel, zum Beispiel Mikrometer, umgerechnet werden. Für die Berechnung eines Steuersignals für den Abstechmechanismus 20 ist es außerdem bevorzugt, einen absoluten Bezugspunkt des Abstechmechanismus im Kamerabild 50 zu definieren.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn der Abstand der Papierbogen von der Kamera bekannt ist. Eine Vermessung dieses Abstands kann zum Beispiel mittels Triangulation erfolgen. Dazu wird ein weiterer Laserstrahl 42 verwendet, der in einem bestimmten Winkel, vorzugsweise nicht-parallel zur Kameraachse 31, verläuft (vgl. Fig. 1).

Um die in der erläuterten Weise von der Kamera 30 bestimmte vorgegebene Anzahl Papierbogen exakt und beschädigungsfrei abzustechen, wird die in Fig. 1

dargestellte Vorrichtung verwendet. Sie weist eine Hubvorrichtung (nicht gezeigt) auf, vorzugsweise eine servogesteuerte Hubvorrichtung mit spielfreien, hochpräzisen Kugelspindeln, sowie einen Abstechmechanismus 20 mit einem Abstechmesser 21. Mit der Hubvorrichtung wird die von der Kamera 30 bestimmte Einstechposition exakt angefahren. Das Abstechmesser 21 wird danach genau an dieser Stelle in den Stapel eingefahren.

Damit dabei keine Beschädigung am Papier entsteht, sind nachfolgend beschriebene Vorkehrungen bevorzugt. Das Abstechmesser 21 hat vorzugsweise exakt in der Messerachse eine Luftdüse (nicht gezeigt), welche das Papier genau an der Einstechposition mittels Luftstrahl aufspreizt. Das Abstechmesser 21 ist weiterhin vorzugsweise so ausgebildet, dass es nach oben und nach unten schwenkbar ist, um dem Papierverlauf nach oben und nach unten folgen zu können. Das Abstechmesser 21 wird dann mit sehr geringer Kraft an dieser Stelle in den Stapel eingeführt. Dabei wird in einem ersten Schritt der Stapel nur leicht angestochen. Um ein beschädigungsfreies Anstechen des Stapels zu ermöglichen, sollten in jeder Phase des Vorgangs die Papierbogen über dem Abstechmesser 21 vorzugsweise nicht von oben belastet werden. In einem zweiten Schritt wird der Stapel Papierbogen von einer weiteren Hubvorrichtung um ein geeignetes Maß nach unten gefahren. Dadurch wird der Freiraum zwischen dem abzunehmenden Teilstapel 12 und dem darunter liegenden Reststapel 11 vergrößert, und das Abstechmesser 21 kann weiter in den Stapel eingefahren werden.

Damit auch bei diesem Verfahrensschritt keine Beschädigung am Papier entsteht, wird durch die oben beschriebene Luftdüse für eine geeignete Zeit weiter Luft in den Freiraum eingeblasen. Es ist zudem bevorzugt, wenn das Abstechmesser 21 mit sehr geringer Kraft weiter in den Stapel Papierbogen eindringen kann. Um dies zu ermöglichen, wird das Papier über dem Messer vorzugsweise in keiner

Phase des Vorgangs von oben belastet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schwenkt dabei das Abstechmesser 21 um einen geeigneten

Winkel α nach unten. Dadurch wird sichergestellt, dass der oder die Papierbogen

direkt über dem Abstechmesser 21 nicht durch die Messerspitze beschädigt werden. Vorzugsweise wird das Abstechmesser 21 um einen solchen Winkel α nach unten geschwenkt, dass es im Wesentlichen parallel zur Unterseite des Teilstapels 12 liegt, der das Abstechmesser 21 kontaktiert.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Fixieren von Papierbogen, die Mittel zum Einbringen von elektrostatischer Ladung 60 in den Stapel Papierbogen aufweist. Während des Zählens der Papierbogen und dem nachfolgenden Abstechzyklus müssen die zu entnehmenden Papierbogen präzise positioniert und in einer vorbestimmten Stellung fixiert werden. Papierbogen, zum Beispiel hochsatiniertes Papier, haften jedoch nur sehr schlecht aufeinander. Eine unbeabsichtigte Verschiebung von aufeinander gestapelten Papierbogen kann daher nur durch Kontaktkräfte verhindert werden, die im Stand der Technik durch eine Pressung der Bogen bereitgestellt wird. Jede mechanische Belastung verursacht aber unerwünschte Markierungen am Papierbogen. Mit der in Fig. 3 gezeigten Anordnung kann elektrostatische Ladung eingebracht werden, die eine Adhäsion der Papierbogen untereinander erzeugt, die unabhängig ist vom Reibungswert eines Papierbogens und keine unerwünschten Beschädigungen hervorruft.

Die elektrostatische Ladung wird, wie in Fig. 3 schematisch gezeigt, vorzugsweise kontaktlos in den Stapel Papierbogen eingebracht und dabei vorzugsweise so dosiert, dass eine im Wesentlichen vorbestimmte Anzahl von Papierbogen fixiert wird, vorzugsweise ein zu entnehmender Teilstapel 12 oder ein verbleibender Reststapel 11 der Papierbogen.