DE1278142B - Vorrichtung zur fotoelektrischen Abtastung einer laufenden Bahn - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIn

Deutsche KL: 42 k-46/07

Nummer: 1278142

Aktenzeichen: P 12 78 142.9-52 (L 40311)

Anmeldetag: 26. Oktober 1961

Auslegetag: 19. September 1968

In der Hauptpatentanmeldung wird eine Vorrichtung für eine fotoelektrische Oberflächenabtasteinrichtung mit zeilenweiser Abtastung mittels eines Lichtfleckes beschrieben, die die Aufgabe hat, die Abtasteinrichtung zu sperren, wenn der Lichtfleck von der abzutastenden Fläche auf die Unterlage wandern will, und die Abtasteinrichtung wieder aufnahmebereit zu machen, wenn sich der Lichtfleck bei der Abtastung der nächsten Zeile wieder auf der Oberfläche befindet. Die durch den Übergang Oberfläche/Unterlage bzw. umgekehrt auftretenden Fehlimpulse werden damit nicht registriert.

Diese Beeinflussung der Abtasteinrichtung erfolgt durch mindestens ein fotoelektrisches Empfangselement, das beim Auftreten des abtastenden Lichtstrahles ein Steuersignal abgibt. Da bereits beim Übergang Oberfläche/Empfangselement eine Änderung des reflektierten, von dem Empfänger der Abtasteinrichtung beobachteten Lichtstromes eintreten kann und somit einen Fehler vortäuscht, ist in der Hauptpatentanmeldung vorgeschlagen worden, die Vorrichtung zur photoelektrischen Abtastung einer laufenden Bahn auf optisch erkennbare Fehlerstellen, bei der das von einem Beleuchtungsspalt ausgehende, über einen Drehspiegel od. dgl. reflektierte Lichtbündel auf der abzutastenden Oberfläche zu einem Lichtfleck fokussiert wird, der nach dem Autokollimationsprinzip zumindest teilweise auf einen photoelektrischen Empfänger (Fehlersignalgeber) mit vorgeschalteter Spaltblende (Beobachtungsspalt) einwirkt, so auszubilden, daß durch Vergrößerung der Spaltbreite des Beleuchtungsspaltes gegenüber der Breite des beobachteten Spaltbildes vor und hinter dem den bewegten Lichtfleck erzeugenden Spaltbild zwei zusätzliche Lichtflecke erzeugt werden, mit denen mindestens ein fotoelektrischer Steuersignalgeber beaufschlagt wird, der die Oberflächenabtasteinrichtung nach Maßgabe der abzutastenden Breite ansprechbereit macht bzw. sperrt.

Damit wird erreicht, daß der Teil des Lichtfleckes, der von dem Empfänger der Abtasteinrichtung, dem Fehlersignalgeber, beobachtet wird (Hauptlichtfleck), d. h. der zum Auffinden von Oberflächenfehlern dient, nicht zur Beaufschlagung der Steuersignalgeber, der sogenannten Austastdioden, benötigt wird.

Von dem in Bewegungsrichtung des Lichtfleckes vor dem Hauptlichtfleck gelegenen Lichtanteil wird vorzugsweise durch eine Austastdiode ein Signal erzeugt, das die Abtasteinrichtung sperrt (Sperrsteuersignalgeber), während von dem hinter dem Hauptlichtfleck gelegenen Lichtanteil durch eine weitere

Vorrichtung zur fotoelektrischen Abtastung einer laufenden Bahn

Zusatz zur Anmeldung: L 39106IX b/42 k ■
Auslegeschrift 1270 839

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

6000 Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Felix Lentze, 6100 Darmstadt

as ί

Austastdiode ein Signal abgeleitet wird, das die Sperrung wieder aufhebt. Die Abtasteinrichtung wird damit gesperrt, solange der Hauptlichtfleck noch auf der abzutastenden Oberfläche ist, während die Sperrung wieder aufgehoben wird, wenn der Hauptlichtfleck sich wieder auf der Oberfläche befindet.

Die Erfindung betrifft eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zur photoelektrischen Abtastung einer laufenden Bahn auf optisch erkennbare Fehlerstellen, bei der das von einem Beleuchtungsspalt ausgehende, über einen Drehspiegel od. dgl. reflektierte Lichtbündel auf der abzutastenden Oberfläche zu einem Lichtfleck fokussiert wird, der nach dem Autokollimationsprinzip zumindest teilweise auf einen photoelektrischen Empfänger mit vorgeschalteter Spaltblende einwirkt, wobei die Spaltbreite des Beleuchtungsspaltes größer als die Spaltbreite des Beobachtungsspaltes ist und damit innerhalb der Abtastlinie vor und hinter dem auf den Fehlersignalgeber einwirkenden Lichtfleck zwei zusätzliche Lichtzonen vorhanden sind, mit denen mindestens eine photoelektrische Anordnung betätigt wird, die einen dem Fehlersignalgeber nachgeschalteten Verstärker nach Maßgabe der abzutastenden Bahnbreite sperrt bzw. ansprechbereit macht, nach der Hauptpatentanmeldung (L 39100 IXb/42k). Da der Lichtfleck

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einerseits mit einer sehr hohen Geschwindigkeit (bis fleck (Hauptlichtfleck 7) auf der Bahn 1 fokussiert, zu 4 km/sec) über die Oberfläche bewegt wird und Bei der Drehung des Spiegelrades 5 im dargestellten andererseits vom Zeitpunkt des Auftretens des Licht- Sinne wandert der Lichtfleck 7 zeilenweise längs der fleckes auf den Sperrsteuersignalgeber bis zur Sper- Abtastlinie E₁F in Pfeilrichtung über die Bahn. Dierung der Abtasteinrichtung durch die unvermeid- 5 ser Lichtfleck wird nach dem Autokollimationslichen, allerdings sehr kleinen Schaltverzögerungen prinzip, d. h. über dieselben optischen Elemente, die eine gewisse Zeit vergeht, muß man den Lichtfleck, zur Erzeugung des Lichtfleckes dienen, auf den fotoder vor dem Hauptlichtfleck liegt, möglichst lang elektrischen Empfänger 8, den Fehlersignalgeber, machen, damit die Abtasteinrichtung mit Sicherheit reflektiert. Die Teilung des einfallenden und des gesperrt ist, wenn der Hauptlichtfleck den Sperr- io reflektierten Bündels erfolgt dabei geometrisch. Bei steuersignalgeber erreicht hat. Der beleuchtete Spalt der Rückwärtsabbildung des Lichtfleckes 7 entsteht zur Erzeugung des Lichtfleckes läßt sich jedoch nicht nämlich oberhalb der Zylinderlinse 6 ein »Spaltbild« beliebig verarbeiten, da im Interesse eines Lichtflek- A^iyA", von dem jedoch nur der Teil A"B\ d.h. kes mit hoher Leuchtdichte zur Beleuchtung des der Teil, der über dem linken Teil der Zylinderlinse Spaltes ein vom Kondensor erzeugter Lichtkreis mit 15 liegt, über die Optik 4 auf den Spalt A "B" (Bildort möglichst kleinem Durchmesser verwendet wird. des Spaltes AB im reflektierten Bündel) abgebildet

Zur Lösung dieser Aufgabe wird der oben be- wird. Dieses Spaltbild wird z.B. durch ein Prisma9 schriebene Gegenstand der Hauptpatentanmeldung umgelenkt und mittels einer Optik 10 auf den Fehlergemäß der Erfindung dadurch weitergebildet, daß der Signalgeber 8 abgebildet. Diesem Fehlersignalgeber Beleuchtungsspalt aus der Mitte des ihn beleuchten- ao ist eine Auswertestufe 11 nachgeschaltet, die das Sorden Lichtkreises versetzt und asymmetrisch, zumin- tiersignal liefert.

dest teilweise, verbreitert ist, derart, daß in Bewe- Weiterhin sind beispielsweise zwei Fotodioden 12,

gungsrichtung des Spaltbildes der Lichtfleck vor dem 13, die sogenannten Austastdioden, vorgesehen.

Spaltbild langer ist als der hinter dem Spaltbild ge- Trifft der abtastende Lichtfleck auf die Diode 12, so

legene Lichtfleck. 35 wird über Impulsformerstufen 15 eine Kippstufe 16

Bei gegebener Größe des Lichtkreises zur Be- so eingeschaltet, daß die Auswerteeinrichtung 11 beleuchtung des Spaltes kann man durch die asym- züglich der Übertragbarkeit der vom Empfänger 8 metrische Verbreiterung des Spaltes den vorderen erzeugten Fehlersignale einen sperrenden Einfluß Lichtfleck wesentlich länger machen als bei einer ausübt, der wieder aufgehoben wird, wenn der Lichtsymmetrischen Verbreiterung. Die Leuchtdichte des 30 fleck in der nächsten Zeile auf die Diode 13 trifft, abtastenden Lichtfleckes nimmt dabei nur unwesent- deren Signal über die Impulsformerstufe 14 die lieh ab, da der den Lichtfleck erzeugende Spalt nur Kippstufe 16 umschaltet. Eine Darstellung der Imsehr wenig aus der Mitte des Lichtkreises versetzt pulsformerstufen 14,15 im einzelnen zeigt die später werden muß, d. h. die Länge des Spaltes nur un- zu erläuternde F i g. 2.

wesentlich abnimmt, um einen langen vorderen 35 In der Hauptpatentanmeldung ist bereits vorge-

Lichtfleck zu erhalten. schlagen worden, bei vorstehender Abtasteinrichtung

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung er- durch Verbreiterung des Spaltes AB um den beob-

geben sich an Hand der Beschreibung der in der achteten Lichtfleck? zwei Lichtflecke zu erzeugen,

Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es die zur Erzeugung der Austastimpulse dienen, die

zeigt .40 jedoch keinen Einfluß auf die Fehlererfassung haben,

Fig. 1 eine Oberflächenabtasteinrichtung nach da sie von dem Fehlersignalgeber nicht beobachtet

dem Autokollimationsprinzip mit geometrischer werden. Gemäß der Erfindung wird der Spalt AB

Lichtteilung und einem Kanal für das reflektierte asymmetrisch und teilweise verbreitert. Wie man er-

Licht, die mit einer Austasteinrichtung gemäß der kennt, ist nach F i g. 1 a das Teilstück D langer als

Erfindung versehen ist, 45 das Teilstück C. Man erreicht etwa ein Verhältnis

Fi g. 1 a die Ausbildung der Spalte bei einer Ober- 1 : 2, da man bestrebt ist, die beleuchtete Spaltlänge

flächenabtasteinrichtung nach dem Autokollimations- AB möglichst groß zu halten, d. h. den Spalt längs

prinzip mit geometrischer Lichtteilung und zwei einer möglichst großen Sehne des von der Optik 3

Kanälen für das reflektierte Licht, erzeugten Lichtkreises zu legen. Wie die Fig. la

F i g. 1 b ein Impulsdiagramm für die Verarbeitung 50 zeigt, nimmt bei einem Verhältnis 1 : 2 die beleuch-

der von den Austastdioden erzeugten Signale, tete Spaltlänge durch die seitliche Versetzung aus

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für die den Aus- dem Durchmesser des Lichtkreises nur unwesent-

tastdioden nachgeschalteten elektrischen Mittel zur Hch ab.

Verarbeitung der Signale. Durch die Optik 4 wird oberhalb der Zylinderin Fig. 1 ist mit 1 ein Gegenstand, z. B. eine in 55 linse 6 von dem erfindungsgemäß ausgebildeten Spalt Pfeilrichtung ablaufende Papierbahn bezeichnet, ABCD ein Spaltbild A'B'C'D' erzeugt, wobei die deren Oberfläche auf optisch erkennbare Abwei- Zylinderlinse 6 aus dem Spaltbild A'B' — wie bereits chungen abgetastet wird. Die beispielsweise zur Ab- beschrieben — den Lichtfleck 7 und aus dem Antastung vorgesehene Einrichtung nach dem Auto- teilD' den Lichtfleck7d sowie aus dem Anteile kollimationsprinzip mit geometrischer Lichtteilung 60 den Lichtfleck 7 C erzeugt. Bei der Rückwärtsabbil- und einem Kanal für das reflektierte Licht ist Gegen- dung der Lichtflecke 7, 7 D, 7 C entsteht oberhalb stand der Patentanmeldung L 34350. Bei dieser Ein- der Zylinderlinse 6 eine beleuchtete rechteckige richtung wird der von einer Lichtquelle 2 bzw. über Fläche GHKL, von der jedoch nur der Teil A"B', eine Optik 3 beleuchtete Spalt AB durch eine Optik 4 d. h. ein Teilbild des Lichtfleckes 7, von dem Empüber das rotierende vielfiächige Spiegelrad 5 unmit- 65 fänger 8 beobachtet wird. Der Lichtanteil, der neben telbar vor der Zylinderlinse 6 abgebildet. Dieses diesem Teilbild liegt, fällt neben die Spaltblende Spaltbild A'B' liegt dabei nur über einem Teil der A'"B" und wird nicht beobachtet. Von dem Emp-Zylinderlinse und wird durch diese zu einem Licht- fänger 8 werden daher nur Änderungen registriert,

die im reflektierten Bündel liegen, das vom Lichtfleck? ausgeht.

Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 1 ist folgende. Gelangt der Lichtfleck 7 D, 7, 7 C, wie in F i g. 1 b dargestellt, mit seiner Vorderflanke auf die gemäß der Bahnbreite einstellbare Austastdiode 12, so erzeugt die Diode 12 ein Signal, das so lange ansteht, bis der gesamte Lichtfleck die Diode überfahren hat. Dieses Signal wird in der Impulsformerstufe 15, die, wie die F i g. 2 zeigt aus einem Verstärker 20 und einem Trigger 22 aufgebaut ist, zu einem Signal verarbeitet, das die hier auf positive Impulse ansprechende Kippstufe 16 in die Stellung L bringt und damit die Auswerteeinrichtung 11 sperrt. Wie man aus Fig. Ib bzw. Fig. 2 ersieht, wird dazu die Vorderflanke des Rechteckimpulses verwendet, da sich zu diesem Zeitpunkt der Hauptlichtfleck 7 noch nicht auf der Austastdiode 12 befindet. Durch die erfindungsgemäße Verlängerung des Lichtfleckes ID wird erreicht, daß die Sperrung in ao der Stufe 11 mit Sicherheit bereits erfolgt ist, ehe der Hauptlichtfleck 7 auf die Diode 12 gelangt. Wäre der Lichtfleck TD nicht lang genug, so würde sich bei der sehr hohen Abtastgeschwindigkeit der Hauptlichtfleck 7 bereits auf der Diode 12 befinden «5 und ein Fehlersignal auslösen, bevor — verursacht durch die Schaltverzögerung der Elemente 12,15,16, 11 — die Sperrung der Stufe 11 wirksam ist. Die Aufhebung der Sperrung, d. h. die Umschaltung der Kippstufe 16, erfolgt, wie bereits im Hauptpatent beschrieben, durch einen Impuls, der von der Diode 13 erzeugt und von der rückseitigen Flanke des Rückimpulses durch Differentiation abgeleitet wird. Zur Durchführung dieser Maßnahme bzw. zur Impulsumformung dienen dabei beispielsweise, wie F i g. 2 zeigt, der Verstärker 19, der Trigger 21 und die Differenzierstufe 23. Dadurch wird die Sperrung wieder aufgehoben, wenn sich der Hauptlichtfleck 7 wieder auf der Bahn bzw. links neben der Austastdiode 13 befindet.

Es sind weiterhin gemäß F i g. 2 zwei Emitterfolger 17,18 vorgesehen, die unmittelbar hinter den Austastdioden 12,13 liegen und als Impedanzwandler dienen, so daß über die unter Umständen beträchtlich langen Leitungen zwischen Abtasteinrichtung und Auswerteeinrichtung 11 keine Störungen auftreten können. Wie die F i g. 2 zeigt, wird zur Abtastung von Bogen die Kippstufe 16 von einem Geber beeinflußt, der nach Durchlauf eines Bogens die Abtasteinrichtung sperrt und wieder freigibt, wenn der nächste Bogen abgetastet wird.

Unter Verbreiterung des Spaltes soll auch — wie bereits in der Hauptpatentanmeldung ausgeführt — eine Anordnung verstanden werden, bei der nur die Enden C, D aus der Blende herausgearbeitet sind, d. h. links und rechts neben dem Spalt AB zwei weitere Spalte bestimmter Länge vorgesehen sind. Gemäß der Erfindung wären bei einer derartigen Ausführung die Abstände der seitlichen Spalte zum Hauptspalt AB unterschiedlich zu gestalten. Die auf der Oberfläche der abzutastenden Bahn entstehenden Lichtflecke 7D, 7, IC sind dann nicht zusammenhängend, sondern getrennt. Der Abstand des Lichtfleckes ID vom Lichtfleck 7 ist dabei größer als der Abstand des Lichtfleckes7C vom Lichtfleck?.

Es ist bereits in der Hauptpatentanmeldung zum Ausdruck gebracht worden, daß das Prinzip der Schaltverbreiterung auch bei einer Abtasteinrichtung nach dem Autokollimationsprinzip mit geometrischer Lichtteilung und zwei Kanälen für das reflektierte Licht angewendet werden kann.

Es wird bei einer derartigen Einrichtung nicht wie in F i g. 1 ein zweigeteilter Spalt, sondern, wie in F i g. 1 a dargestellt, ein dreigeteilter Spalt verwendet, von dem das mittlere Drittel Sp beleuchtet und zur Erzeugung des Lichtfleckes dient, während die anderen Drittel Sp', Sp" den reflektierten (beobachteten) Lichtstrom begrenzt. Der Spalt Sp wird dabei über das mittlere Drittel der Zylinderlinse abgebildet, während der reflektierte Lichtstrom durch die beiden anderen Drittel der Zylinderlinse tritt.

Natürlich kann die Spaltverbreiterung auch bei einer Abtasteinrichtung nach dem Autokollimationsprinzip mit physikalischer Lichtteilung durch einen teildurchlässigen Spiegel angewendet werden. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise in der Patentanmeldung L 25359 — deutsche Auslegeschrift 1 036 537 beschrieben. Bei einer derartigen Einrichtung wird zweckmäßig vor dem photoelektrischen Empfänger eine Spaltblende angeordnet, deren Breite kleiner ist, als die den abtastenden Lichtfleck erzeugende Spaltbreite.

Bei der Abtasteinrichtung werden zweckmäßig zwischen Drehspiegel 5 und Zylinderlinse 6 in bekannter Weise optische Mittel, z. B. ein Parabolspiegel, angeordnet, die sicherstellen, daß die Lichtwege in jeder Lage des Lichtfleckes 7 gleich sind.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 sind die Austastdioden 12, 13 in der Nähe der Papierbahn 1 angeordnet. Sie können auch oberhalb der Zylinderlinse angeordnet sein und von dem Spaltbild A'B'C'D' beaufschlagt werden. An Stelle der Dioden können auch andere Steuersignalgeber verwendet werden.

Ebenso gelten auch für die Einrichtung nach der Erfindung die Ausführungen gemäß der Hauptpatentanmeldung bezüglich der weiteren Ausgestaltung der Abtasteinrichtungen, der zusätzlichen Hilfsmittel, der Ausgestaltung der Auswerteeinrichtung 11, der Anwendung usw.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur photoelektrischen Abtastung einer laufenden Bahn auf optisch erkennbare Fehlerstellen, bei der das von einem Beleuchtungsspalt ausgehende, über einen Drehspiegel od. dgl. reflektierte Lichtbündel auf der abzutastenden Oberfläche zu einem Lichtfleck fokussiert wird, der nach dem Autokollimationsprinzip zumindest teilweise auf einen photoelektrischen Empfänger (Fehlersignalgeber) mit vorgeschalteter Spaltblende (Beobachtungsspalt) einwirkt, wobei die Spaltbreite des Beleuchtungsspaltes größer als die Spaltbreite des Beobachtungsspaltes ist und damit innerhalb der Abtastlinie vor und hinter dem auf den Fehlersignalgeber einwirkenden Lichtfleck zwei zusätzliche Lichtzonen vorhanden sind, mit denen mindestens eine photoelektrische Anordnung betätigt wird, die einen dem Fehlersignalgeber nachgeschalteten Verstärker nach Maßgabe der abzutastenden Bahnbreite sperrt bzw. ansprechbereit macht, nach Patentanmeldung L 39106 (deutsche Auslegeschrift 1270839), dadurch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungsspalt aus der Mitte des ihn beleuchtenden Lichtkreises versetzt

   und asymmetrisch, zumindest teilweise, verbreitert ist, derart, daß in Bewegungsrichtung des Spaltbildes der Lichtfleck vor dem Spaltbild langer ist als der hinter dem Spaltbild gelegene Lichtfleck.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Auslegeschrift Nr. 1007 077; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1771763; USA.-Patentschriften Nr. 2393 631, 2719 235.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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