DE2241263A1

DE2241263A1 - Ueberwachungseinrichtung fuer die oberflaeche sich bewegender gegenstaende

Info

Publication number: DE2241263A1
Application number: DE2241263A
Authority: DE
Inventors: Akira Kaneko; Yutaka Nagata
Original assignee: HITACHI ELECTRONICS; Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: HITACHI ELECTRONICS; Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1971-08-25
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1973-03-29
Also published as: US3774041A; DE2241263B2; DE2241263C3

Description

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81-19.28OP 22. 8. 1972

HITACHI ELECTRONICS CO.. Ltd.. Tokio (Japan)

und NISSHIN STEEL COc. Ltd.. Tokio (Japan)

Überwachungseinrichtung für die Oberfläche sich bewegender Gegenstände

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Überwachungseinrichtung für die Oberfläche eines sich bewegenden Gegenstandes oder Objekts, insbesondere auf eine Einrichtung zur Erfassung von Fehlern, wie beispielsweise Unebenheiten, Rissen oder Veränderungen des Glanzes auf der Oberfläche einer Metallplatte, eines Papierbogens und einer Kunststofffolie, während diese verarbeitet werden.

Bei einer herkömmlichen Einrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden dünnen Gegenstandes ist vorgesehen, daß die Oberfläche des Gegenstandes durch einen Lichtstrahl abgetastet wird. Das von der

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. 81-(POS 28739)-Ko-r (9)

Oberfläche reflektierte Licht wird dazu verwendet, um zu ermitteln, wo ein möglicher Fehler unter mehreren Bereichen gelegen ist, in die der sich bewegende Gegenstand in der Längsrichrung eingeteilt wird. Diese herkömmliche Einrichtung arbeitet jedoch nicht genau in Übereinstimmung mit den Geschwindigkeit sänderungen des sich bewegenden Gegenstandes.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatisch arbeitende Fehlerüberwachungseinrichtung anzugeben, deren Betrieb nicht durch Veränderungen der Geschwindigkeit des sich bewegenden Gegenstandes beeinflußt wird und bei der die Oberfläche eines sich bewegenden Gegenstandes durch sich bewegende Lichtmarken abgetastet wird.

Das von der Oberfläche des Gegenstandes reflektierte Licht wird durch eine Lichtempfangseinrichtung in ein elektrisches Signal umgewandelt. Ein möglicherweise auf der Oberfläche des Gegenstandes vorhandener Fehler wird durch eine Veränderung des elektrischen Signals erfaßt. Der Teilbereich dea Gegenstandes, auf dem der erfaßte Fehler unter mehreren Teilbereichen liegt, in die das Objekt in der Längsrichtung eingeteilt ist, wird ermittelt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigern

Fig. 1 eine schematieche perspektivisch· Ansieht der erfindungsgemäßen automatischen Fehlerüberwachungseinrichtung ι

Fig. 2 eine Blockschaltung einer Fehlerüberwachungseinrichtung ι

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Fig. 3 und h eine Blockschaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Xn der Fig. 1 ist ein zu überwachender Gegenstand 1 dargestellt, der sich nach rechts in der Richtung des Pfeils bewegt. Ein Lichtstrahl 2 wird durch eine Lichtquelle mit einer Glühlampe, einer Quecksilberlampe oder einem Laser erzeugt. Ein Drehspiegel 3 aus einem polygonalen Stab wird durch eine Antriebseinrichtung h gedreht und reflektiert den Lichtstrahl 2 so, daß dieser die Oberfläche des Gegenstandes in transversaler Richtung kontinuierlich abtastet. Der geometrische Ort des abtastenden Lichtstrahls ist mit bezeichnet. Ein Meßumformer 6 wandelt den von der Oberfläche des Gegenstandes reflektierten Lichtstrahl 2 in einen elektrischen Impuls um. Ein zweiter Meßumformer 7 empfängt direkt den Lichtstrahl 2 ohne Reflexion auf der Oberfläche des Gegenstandes. Der zweite Meßumformer 7 ist in einer solchen Lage vorgesehen, in der der Lichtstrahl 2 gerade das Abtasten beginnt. Eine Einrichtung 8 erfaßt die Geschwindigkeit des sich bewegenden Gegenstandes 1. Ein möglicher Fehler, der auf einem von mehreren Teilbereichen, in die der Gegenstand geteilt wurde, liegt, wird durch den Meßumformer 6 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Mehrere Zähler sind dabei so angeordnet, daß sie die den Teilbereichen des Gegenstandes 1 entsprechenden elektrischen Signale speichern.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem der Gegenstand 1 in der Längsrichtung zum Abtasten in drei Teilbereiche geteilt ist.

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In der Fig. 2 wird ein elektrisches Signal A, dessen Impulsbreite gleich ist zur transversalen Abtaetzeit T, in ein Differenzierglied 9 und einen Impulsformer 10 eingespeist. Das differenzierte Signal B wird durch den Komparator oder Vergleicher 11 in ein einen möglichen Fehler darstellendes Fehlersignal C umgewandelt, dessen Höhe nicht kleiner ist als ein bestimmter Pegel. Das Signal C wird in eine Torschaltung 12 eingespeist. Auf der anderen Seite wird das in den Impulsformer 10 eingespeiste elektrische Signal A in einen geformten Impuls D umgewandelt, dessen Impulsbreite gleich ist zur Abtastdauer des Lichtstrahls 2 Über dem Gegenstand 1. Der so die Breite des bandförmigen Gegenstandes darstellende Impuls D wird in einen Digitalprozessor 13 eingespeist. Das elektrische Signal E vom Meßumformer 7· der den Lichtstrahl 2 direkt unmittelbar empfängt, bevor dieser mit dem Abtasten des Gegenstandes 1 beginnt, wird in einen Impulsteller i4 in der Form eines Triggerimpulses eingespeist. Der Impulsteiler i4 erzeugt drei Impulse Fa, Fb und Fc mit verschiedenen Anstiegspunkten, wobei die Impulse Fa, Fb und Fc in den Digitalprozessor 13 eingespeist werden. Im Digitalprozessor 13 erzeugen der Impuls D, der die Breite des bandförmigen Gegenstandes darstellt, und die drei Impulse Fa, Fb und Fc mit unterschiedlichen Anstiegspunkten zusammen drei Impulse Ga, Gb und Gc, die die drei Teilbereiche des Gegenstandes wiedergeben und die stufenweise versetzte Anstiege- und Abfallpunkte aufweisen, wobei der Anstiegspunkt des einen Impulses zur gleichen Zeit wie der Abfallpunkt des danebenliegenden Impulses auftritt. Die Torschaltung, in die die Impulse Ga, Gb und Gc eingespeist werden, wird gefolgt von einer Stufe, in der die Zähler 15a, 15b und 15c, die jeweils den Impulsen Ga, Gb und Gc entsprechen, das Fehlersignal C vom Ver-

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gleicher 11 speichern, das einen Über einem gewissen Pegel liegenden Fehler wiedergibt. Damit ist es möglich, den Teilbereich des Gegenstandes zu ermitteln, der die Fehler enthält, indem die Impulse Ga, Gb und Gc so festgelegt werden, daß sie jeweils für die Teilbereiche des Gegenstandes kennzeichnend sind. Bei dieser Einrichtung sind am Beginn und/ oder am Ende des Abtastens durch den Lichtstrahl 2 die Kanten des Gegenstandes mögliche "falsche" Fehler, die so falsche Signale erzeugen. Dies kann durch eine Verzögerungsschaltung zur Einstellung der Impulsbreiten verhindert werden.

Bis jetzt wurde eine Verzögerungsschaltung mit drei Verzögerungsgliedern dazu verwendet, um drei unterteilte Impulse zu erzeugen. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, daß die Abtastgeschwindigkeit des Lichtstrahles 2 sich mit der Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 verändert, was eine Veränderung der Breite des Impulses D bedeutet, der ein Ausgangssignal des Impulsformers 10 ist, das sei nerseits die Breite des Gegenstandes wiedergibt. Damit ist es erforderlich, daß sich die Breite der Impulse Ga, Gb und Gc verändert. Weiterhin ist es erforderlich, die Anstiegspunkte der drei Impulse Fa, Fb und Fc durch Veränderung der Verzögerungszeiten der Verzögerungsglieder zu ver ändern, um Impuls· Ga, Gb und Gc mit geeigneten Breiten zu erzeugen. Es ist in der Praxis jedoch sehr schwierig, die- * se Forderungen zu erfüllen.

Die erfindungsgemäß· Einrichtung, die es ermöglicht, die unterteilten Impulse in Übereinstimmung mit irgendeiner Veränderung der Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 leicht zu erhalten, wird nun anhand der Fig. 3 und k näher erläutert

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werden. In der Fig. 3 sind eine Einrichtung 8 zur Erfassung der Geschwindigkeit des Gegenstandes 1, ein Digital-Analog-Umsetzer 17· ein Fehlersignal-Detektor 18, ein Steller 19 für den den Drehspiegel 3 antreibenden Motor, ein Drehzahlmesser für den Drehspiegel 3» ein Digital-Analog-Umsetzer 21, ein Integrator 22, ein Komparator oder Vergleicher 23 und ein Schaltglied 2k vorgesehen, das Signale erzeugt, die die Dauer bestimmen, in welcher der Integrator 22 seine Integrierfunktion ausführt. Die Geschwindigkeit des Objekts 1 wird durch die Einrichtung 8 in der Form eines Impulssignals erfaßt, dessen Frequenz proportional zur Geschwindigkeit ist, wobei dieses Signal durch den Digital-Analog-Umsetzer 17 in einen analogen Wert umgewandelt wird. Dieses Signal, das die Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 wiedergibt, steuert den Steller 19 über den Fehlereignal-Detektor 18, so daß die Umdrehungen des Drehepiegels 3 proportional mit der Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 verändert werden. Die Umdrehungen des Drehspiegels 3 werden durch den Drehzahlmesser 20 digital erfaßt und zurück in den Fehler-Detektor 18 eingespeist, um die Umdrehungen zu regeln. Bei dieser Regelung wird das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers 21, das proportional zur Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 ist, durch den Integrator 22 integriert, gemäß der Gleichung

^Eo = "" T ^{Vdt β} ~ "Υ" ^VT

^{1 J}o '

wobei E die Auβgangsspannung des Integrators 22, I die Zeitkonstante des Integrators 22, V die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers 21, die proportional ist zur Geschwindigkeit des Gegenstandes, und T eine Integrierzeit

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bedeutet, die eine Dauer darstellt, in der der Lichtstrahl 2 die Oberfläche des Gegenstandes 1 einmal in transversaler Richtung abtastet. Diese Zeit T wird durch das Schaltglied 2k bestimmt und kann ausgedrückt,werden als T = l/v, wobei 1 die Breite des bandförmigen Gegenstandes und ν die Abtastgeschwindigkeit bedeuten. Da die Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 proportional ist zur Abtastgeschwindigkeit des Lichtstrahles 2, gilt die Gleichung E = -kl/T (k ist eine Proportionalitätskonstante), die anzeigt, daß die Ausgangespannung des Integrators schrittweise von 0 auf die E nach einer Zeit T anwächst, die proportional.ist zur Breite des bandförmigen Gegenstandes,, unabhängig von dessen Geschwindigkeit. Das Auβgangssignal des Integrators 22 wird in den Vergleicher 23 mit mehreren Vergleichergliedern eingespeist, um Impulse zu erzeugen, deren Anstiegspunkte bei verschiedenen Spannungspegeln liegen. Diese Impulse entsprechen den AusgangsSignalen der Verzögerungsschaltung der herkömmlichen Einrichtung. Daher ermöglicht die Einspeisung des Ausgangssignale des Vergleichers 23 in den Digitalprozessor die Erzeugung von Impulsen, die den unterteilten Bereichen des bandförmigen Gegenstandes 1 entsprechen, ohne daß Störungen durch die Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 auftreten. Obwohl oben die Erfindung mit der Integration eines analogen Wertes, der proportional ist zur Geschwindigkeit des Gegenstandes 1, erläutert wurde, kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung in der gleichen Weise auch die Integration eines digitalen Wertes durchgeführt werden.

Die Integrierzeit T, die durch das Schaltglied Zk bestimmt wird, kann entweder durch Löschung der Fehlersignale mit Hilfe eines elektrischen Signals vom Meßumformer 6 oder durch die Ausgangssignale von derartigen fotoelektrischen

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Bauelementen, wie beispielsweise Fototransistoren, festgelegt werden, die auf beiden Seiten des Gegenstandes 1 angeordnet sind. Im ersten Fall entsteht ein Fehler, wenn ein Mangel auf der Oberfläche des Objekte 1 so groß ist, daß das Fehlersignal nicht durch das Ausgangssignal des Meßumformers 6 gelöscht werden kann, während im zweiten Fall eine Veränderung in der Breite des bandförmigen Gegenstandes 1 es erforderlich macht, die fotoelektrischen Bauelemente neu zu positionieren» obwohl die Größe eines Fehlers sich nicht auf die Genauigkeit der Erfassung auswirkt. Das in der Fig. k dargestellte AusfUhrungsbeispiel überwindet diese Schwierigkeiten und ermöglicht es, einen Fehler leicht und unabhängig von seiner Größe und von einer Veränderung in der Breite des Gegenstandes 1 festzustellen.

Dieses AuefUhrungebeispiel der Erfindung wird nun anhand der Fig. k näher erläutert. In dieser Figur ist ein Analog-Signalerzeuger 26, ein Integrator 27» eine dividierende Torschaltung 28 und ein Datenverarbeitungsglied 29 vorgesehen, das in der gleichen Weise wie bei der herkömmlichen Einrichtung arbeitet. Weiterhin sind vorgesehen ein zweiter Integrator 30 und ein Komparator oder Vergleicher 31 mit einer Bezugsspannung, die ein Rflckstellsignal erzeugt, wenn die Eingangsspannung den Pegel der Bezugsspannung erreicht. Die Bezugsspannung ist eo ausgebildet, daß sie sich mit der Breite dee bandförmigen Gegenstandes 1 verändert. Sobald ein elektrisches Signal durch den Meßumformer 6 erzeugt wird, nachdem das Abtasten durch den Lichtstrahl 2 begonnen wurde, fangen die Integratoren 27 und 30 an, den analogen Wert proportional zur Geschwindigkeit dee Gegenstandes zu integrieren, die vom Analog-Signalerzeuger 26 erhalten wurde. Unter diesen Bedingungen gilt die Beziehung:

T/■

n = * ψ I

^En = * ψ I ^Vdt = - Ψ ^VT

Dabei bedeuten E die Ausgangespannung des Integrators 27» T die Zeitkonstante des Integrators 27, T eine Integrierzeit und V eine Eingangsspannung, die proportional ist zur Geschwindigkeit des Gegenstandes 1. Weiterhin gilt:

E₁, = - £ I Vdt - - ^ VT

■ - j· ^Tr

Dabei bedeuten E₁₁ die Ausgange spannung des Integrators 30, T_n dessen Zeitkonstante, T eine Integrierzeit und V eine Eingangsspannung* Das Ausgangssignal des Integrators 30 wird in den Vergleicher 31 eingespeist, so daß, wenn das Ausgangssignal des Integrators 30 den Pegel der Bezugsspannung des Vergleichers 31 erreicht, der Vergleicher 31 ein Rückstellsignal erzeugt, um die Integratoren 27 und 30 zurückzustellen. Deshalb läuft die Integrierzeit T von dem Augenblick an fort, wenn ein Signal aufgrund des Lichtstrahles 2 im Meßumformer 6 in dem Zeitpunkt auftritt, wenn das Auβgangssignal des Integrators 30 den Pegel der Bezugsspannung des Vergleichers 31 erreicht« Das Ausgangssignal des Integrators 27 wird in die dividierende Torschaltung 28 eingespeist* In diesem Fall ist es wünschenswert, das Auagangssignal für verschiedene Integrierzeiten konstant zu halten, wenn fin Fehler teietit lokalisiert werden soll.

Zu diesem Zweck sollte sich die Zeitkonstante des Integrators 27 proportional zur Bezügespannung des Vergleichers 31 verändern. Da jedoch« wie aus der Gleichung (i) hervor-

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" ¹⁰ ■ 22Λ1263

geht, die Zeitkonetante und eine Integrierzeit proportional zueinander sind, bewirkt ein Anwachsen der Bezügespannung aufgrund einer größeren Breite des bandförmigen Gegenstandes eine proportional größere Zeitkonstant· des Integrators 27, wodurch die Dauer verlängert wird, bevor der Integrator 27 ein bestimmtes Betriebspegel erreicht. Eine höhere Bezugsspannung verlängert die Dauer, bevor die Auegangsspannung des Integrators 30 die Bezügespannung erreicht, wodurch die Integrierzeit T verlängert wird, mit dem Ergebnis, daß die Ausgangsspannung des Integrators 27 unabhängig von der Breite des Gegenstandes konstantgehalten wird*

Die Genauigkeit der erfindungsgemäßen überwachungseinrichtung wird weder durch die Geschwindigkeit de· zu Überwachenden Gegenstandes noch durch einen großen Fehler beeinflußt. Weiterhin kann ein möglicher Fehler leicht durch Veränderung der Bezügespannung auch dann lokalisiert werden, wenn die Breite dee Gegenstandes sich verändert.

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Claims

Patentanspruch»

1. Überwachungseinrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden bandförmigen Gegenstandes durch Einspeisung eines Lichtstrahls auf die Oberfläche des Gegenstandes zu dessen Abtastung in transversaler Richtung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (8) zur Erfassung der Geschwindigkeit des Gegenstandes (i),

einen Integrator (22), der eine zur Geschwindigkeit proportionale Elektrizitätsmenge über die Zeit integriert, die der Lichtstrahl (2) zum Abtasten der Oberfläche des Gegenstandes (i) benötigt,

einen Vergleicher (23) mit mehreren Vergleichörgliedern, der das Ausgangssignal des Integrators (22) mit vorbestimmten verschiedenen Bezugepegeln vergleicht und das Ausgangssignal des Integrators (22) in mehrer· Impulse mit verechiedenen Anstiegspunkten verwandelt,

einen Digital-Prozessor (13), der die Impulse und ein vom Abtasten der Oberfläche des Gegenstandes (1) erhaltenes Signal in mehrere Impulse verwandelt, die gegeneinander versetzte Anstiegs- und Abfallpunkte aufweisen, wobei der Anstiegspunkt eines einen Impulses zur gleichen Zeit auftritt wie der Abfallpunkt eines danebenliegenden Impulses, und

mehrere Speicher (i5a, 15b, 15c), die jeweils abhängig von den umgewandelten Impulsen erregt werden, wobei die Speicher in einer Folge fehlerübertragende Signale, die durch das Abtasten erhalten wurden, speichern,

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2. Überwachungeeinrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden bandförmigen Gegenstandes durch Einspeisung eines Lichtstrahls auf die Oberfläche des Gegenstandes zu dessen Abtastung, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (8) zur Erfassung einer zur Geschwindigkeit des Gegenstandes (i) proportionalen Spannung,

ein Integratorpaar (27, 30), das dann beginnt die Spannung zu integrieren, wenn der Lichtstrahl (2) beginnt, die Oberfläche des Gegenstandes (i) abzutasten,

einen Vergleicher (31), der ein RUckstellsignal erzeugt, wenn das Ausgangesignal von einem der Integratoren (27, 30) den Spannungsbezugspegel des Vergleichere (31) erreicht, der entsprechend der Breite des Gegenstandes (i) veränderlich ist, wobei der Integrator (27; 30) durch das Rttckstelleignal zurückgestellt wird,

eine Torschaltung (28), die mehrere unterteilte Impulse abhängig vom Auβgangesignal des anderen der beiden Integratoren' (27; 30) erzeugt, dessen Zeitkonetante mit der Bezugs spannung veränderlich ist, wobei jeder der unterteilten Impulse einen Anstiegspunkt aufweist, der zur selben Zeit wie der Abfallpunkt des daneben liegenden Impulses auftritt, und

mehrere Speicher (i5a, 15b, 15c), die den unterteilten Impulsen entsprechen und jeweils durch die unterteilten Impulse erregt werden, wobei die Speicher in einer Folge die durch die Abtastung der Oberfläche des Gegenstandes erhaltenen Fehlereignale speichern.

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