DE19732484A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Fehlern auf der Oberfläche eines flexiblen Materialbandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Fehlern auf der Oberfläche eines flexiblen Materialbandes, das zum Transport über wenigstens eine Umlenkrolle geführt wird, bei dem ein zweidimensional erstrecktes Feld der Oberfläche mit einer Strahlungsquelle beleuchtet und mit wenigstens einer Matrixkamera abgetastet wird. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Es ist bekannt, Fehler auf der Oberfläche von transportierten, ggf. auch schnell transportierten Materialbändern dadurch zu detektieren, daß ein Feld der Oberfläche mit einer Strahlungs­ quelle beleuchtet und das beleuchtete Feld mit einer Kamera abgetastet wird. Die Anordnung von Kamera und Strahlungsquelle kann dabei so erfolgen, daß die von der Materialoberfläche reflektierten Strahlen der Strahlungsquelle direkt in die Kamera gelangen (Hellfeldbeleuchtung), so daß etwaige Fehler die Intensität der reflektierten Strahlung vermindern, also in einer hellen Umgebung dunkel auftreten. Bekannt ist ferner, die Kamera so anzuordnen, daß die von einer fehlerfreien Ober­ fläche reflektierte Strahlung nicht in die Kamera gelangt (Dunkelfeldbeleuchtung), so daß nur an Fehlern gestreute Strahlung von der Kamera aufgenommen wird. Im Bild der Kamera treten Fehler somit hell gegenüber einer dunklen Umgebung auf.

Es ist bereits in Betracht gezogen worden, auch die Oberfläche flexiblen Materialbändern, beispielsweise von mitlicht­ empfindlichem Material beschichteten fotografischen Filmen, in der genannten Weise auf Fehler hin zu untersuchen. Zur Erzie­ lung definierter Reflexionsbedingungen ist dabei das beleuch­ tete Feld in einem ebenen Abschnitt zwischen zwei Umlenkrollen erzeugt worden. Es zeigt sich allerdings, daß die Fehlerdetek­ tion dabei durch Vibrationen des geförderten flexiblen Mate­ rials deutlich beeinträchtigt wird. Es ist daher versucht wor­ den, Maßnahmen zu ergreifen, die eine möglichst vibrationsarme Vorförderung des flexiblen Materials erlauben. Eine deutliche Verbesserung ist dabei jedoch nicht erreicht worden.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht somit dar­ in, eine verbesserte Fehlerdetektion auch bei flexiblen Mate­ rialbändern zu ermöglichen.

Dieses Problem ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Detektion auf der Oberfläche des auf der Umlenkrolle konvex gekrümmten Mate­ rialbandes und die Beleuchtung des Feldes auf der gekrümmten Oberfläche mit einer Fokussierung, die die Streuwirkung der reflektierenden konvex gekrümmten Oberfläche im wesentlichen aufhebt, vorgenommen wird.

Erfindungsgemäß wird somit die Fehlerdetektion auf dem auf der Umlenkrolle umgelenkten Materialband vorgenommen, das durch die unmittelbare Auflage auf der Umlenkrolle für Vibrationen deutlich weniger anfällig ist als in einem ebenen Abschnitt, in dem das Materialband zwischen zwei Umlenkrollen im wesent­ lichen frei schwebend gespannt ist. Zur Erzielung definierter Beobachtungsbedingungen kann erfindungsgemäß die Beleuchtung der Oberfläche mit einer Fokussierung vorgenommen werden, die die Streuwirkung der fehlerfreien gekrümmten Oberfläche für reflektierte Strahlung im wesentlichen aufhebt, so daß auf die das beleuchtete Feld abtastende Kamera parallele Strahlung gelangen kann. Es ist auch möglich, das von der gekrümmten Oberfläche reflektierte Licht so zu fokussieren, daß die Streu­ wirkung der gekrümmten Oberfläche aufgehoben wird.

Auf diese Weise läßt sich eine sehr zuverlässige Fehlerdetek­ tion insbesondere für die Fehlerarten, die auf der Oberfläche von flexiblen Materialbändern zu detektieren sind, mit einer Hellfeldbeleuchtung vornehmen.

In einer sehr zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung er­ folgt die Beobachtung des Feldes mit einer radial zur gekrümm­ ten Oberfläche ausgerichteten Matrixkamera, für die also eine größtmögliche Symmetrie für die Oberflächenabtastung vorliegt.

Die erfindungsgemäße fokussierte Beleuchtung läßt sich in prinzipiell verschiedener Weise realisieren. In einer ersten Ausführungsform wird eine konkav gekrümmte Strahlungsquelle verwendet, die in der radialen Beobachtungsrichtung der Kamera ausgespart ist. Die Ausstrahlungsrichtung der konkav gekrümm­ ten Strahlungsquelle wird vorzugsweise so ausgebildet sein, daß die auf der gekrümmten fehlerfreien Oberfläche reflek­ tierte Strahlung im wesentlichen parallel gerichtet ist.

In einer anderen Ausführungsform wird die fokussierte Beleuch­ tung mit einem teildurchlässigen Strahlteiler auf die ge­ krümmte Oberfläche gelenkt. Der Strahlteiler ist dabei zweck­ mäßigerweise im Strahlengang zwischen dem beleuchteten Feld der Oberfläche und der Kamera angeordnet und lenkt einerseits die fokussierte Beleuchtung auf die Oberfläche des Material­ bandes und läßt andererseits die von der fehlerfreien Ober­ fläche reflektierte, im wesentlichen parallele Strahlung zur Kamera durch.

Zur Lösung des oben genannten Problems ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gekennzeich­ net durch eine fokussierte Strahlen aussendende Strahlungs­ quelle, deren Fokussierung die Streuwirkung der reflektieren­ den konvex gekrümmten Oberfläche im wesentlichen aufhebt. Alternativ kann bei einer parallele Strahlung aussendenden Strahlungsquelle eine fokussierende Detektionseinrichtung vor­ gesehen sein, deren Fokussierung die Streuwirkung der konvex gekrümmten Oberfläche im wesentlichen aufhebt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Vorteile der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - eine Anordnung zur Fehlerdetektion mit einer konkav gekrümmten Strahlungsquelle

Fig. 2 - eine andere Ausführungsform mit einem fokussie­ renden Reflektor und einem teildurchlässigen Strahlteiler.

In Fig. 1 ist ein auf der Oberfläche einer Umlenkrolle 1 auf­ liegendes flexibles Materialband 2 angedeutet, dessen Ober­ fläche im Bereich eines Feldes 3 von einer Strahlungsquelle 4 beleuchtet wird. In radialer Ausrichtung zur Umlenkrolle 1 - und damit zur gekrümmten Oberfläche des Materialbandes 2 - ist eine Matrixkamera 5 angeordnet, die aus einer einzigen Kamera, aber auch aus einer linienförmigen oder matrixförmigen Anordnung von Teilkameras bestehen kann.

Die Strahlungsquelle 4 ist beiderseits einer Aussparung 6 für die in radialer Richtung zur Kamera 5 von der Oberfläche des Materialbandes 2 reflektierten Strahlung angeordnet und zylin­ drisch konkav gewölbt so ausgebildet, daß die von beiden Sei­ ten auf das Feld 3 gesandte Strahlung als im wesentlichen par­ alleles Licht in radialer Richtung durch die Aussparung 6 zur Kamera 5 reflektiert wird, wenn eine fehlerfreie Oberfläche vorliegt. Dadurch ist mit der gekrümmten Oberfläche des Mate­ rialbandes 2 eine einwandfreie Hellfeldbeleuchtung realisiert.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform besteht eine Strahlungsquelle 4' für eine fokussierte Strahlung aus einem Strahler 7 für paralleles Licht, dessen Strahlung auf einen konkav gewölbten Spiegel 8 fällt. Das vom Spiegel 8 reflek­ tierte Licht gelangt auf einen teildurchlässigen Strahlteiler 9, der im Strahlengang zwischen dem Feld 3 der gekrümmten Oberfläche und der Kamera 5 angeordnet ist. In dem dargestell­ ten Ausführungsbeispiel weist der Strahlteiler 9 eine Neigung von 45° zur optischen Achse der Kamera 5 auf, die mit der ra­ dialen Richtung für die gekrümmte Oberfläche zusammenfällt. Der Strahlteiler 9 lenkt die vom Spiegel 8 reflektierte fokus­ sierende Strahlung auf die gekrümmte Oberfläche zur Ausbildung des beleuchteten Feldes 3 und läßt die vom Feld 3 bei einer fehlerfreien Oberfläche reflektierte parallele Strahlung teil­ weise zur Kamera 5 durch.

Auch mit dieser Anordnung ist eine einwandfreie Hellfelddetek­ tion von Fehlern auf der Oberfläche eines auf der Umlenkrolle 1 gekrümmten Materialbandes 2 möglich.

Eine mögliche weitere Detektion des im wesentlichen parallel der fehlerfreien gekrümmten Oberfläche reflektierten Lichts sieht eine Fokussierung des parallelen Lichts und Ein­ satz einer Blende im Fokus (punkt- oder linienförmig) vor, so daß fehlerfrei reflektiertes Licht nicht zur Kamera gelangt. An Fehlern gestreutes Licht hingegen gelangt an der Blende vorbei zur Kamera und wird als helle Erscheinung vor einem dunklen Hintergrund erkannt.

Die Aufhebung der Streuwirkung der gekrümmten Oberfläche mit einer fokussierenden Detektionseinrichtung ergibt sich, wenn in Fig. 2 der Strahlengang umgekehrt, die Positionen von Strahlungsquelle 7 und Kamera 5 also vertauscht werden. Auch damit ist eine erfindungsgemäße Fehlerdetektion möglich.

Obwohl die dargestellten Ausführungsbeispiele Strahlengänge für Hellfelddetektionen zeigen, ergeben sich die erfindungs­ gemäßen Vorteile auch bei einer Realisierung einer Dunkelfeld­ beleuchtung.

Claims (9)

1. Verfahren zur Detektion von Fehlern auf der Oberfläche eines flexiblen Materialbandes (2), das zum Transport über wenigstens eine Umlenkrolle (1) geführt wird, bei dem ein zweidimensional erstrecktes Feld (3) der Ober­ fläche mit einer Strahlungsquelle (4, 4') beleuchtet und mit wenigstens einer Matrixkamera (5) abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektion auf der Ober­ fläche des auf der Umlenkrolle (1) konvex gekrümmten Ma­ terialbandes (2) und die Beleuchtung des Feldes (3) auf der gekrümmten Oberfläche mit einer Fokussierung, die die Streuwirkung der reflektierenden konvex gekrümmten Ober­ fläche im wesentlichen aufhebt, vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtung des Feldes (3) mit einer radial zur ge­ krümmten Oberfläche ausgerichteten Matrixkamera (5) er­ folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Ver­ wendung einer konkav gekrümmten Strahlungsquelle (4), die in der radialen Beobachtungsrichtung der Kamera (5) aus­ gespart ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fokussierte Beleuchtung mit einem teildurchlässi­ gen Strahlteiler (9) auf die gekrümmte Oberfläche gelenkt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fokussierung der Beleuchtung mit einem konkav zylindrisch gekrümmten Spiegel (8) erzeugt wird.

6. Vorrichtung, geeignet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine fokussierte Strahlen aussendende Strahlungsquelle (4, 4'), deren Fokussierung die Streuwirkung der reflek­ tierenden konvex gekrümmten Oberfläche im wesentlichen aufhebt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine radial zur gekrümmten Oberfläche ausgerichtete Matrix­ kamera (5) und eine konkav gekrümmte Strahlungsquelle (4), die in der radialen Beobachtungsrichtung der Kamera (5) ausgespart ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (4'), die aus einem parallele Strahlung aussendenden Strahler (7) und einen gekrümmten Spiegel (8) besteht, und durch einen teildurchlässigen Strahltei­ ler (9), der im Strahlengang zwischen der Oberfläche des Materialbandes (2) und der Kamera (5) so angeordnet ist, daß ein Teil der Strahlung der Strahlungsquelle (4') auf die gekrümmte Oberfläche gelangt und im wesentlichen parallele Strahlung zur Kamera (5) hin reflektiert wird.

9. Vorrichtung, geeignet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine fokussierende Detektionseinrichtung, deren Fokussie­ rung die Streuwirkung der konvex gekrümmten Oberfläche im wesentlichen aufhebt.